MODELAREA INTERACŢIUNILOR ŞI DEZVOLTAREA …

UNIUNEA EUROPEANĂ GUVERNUL ROMÂNIEI

MINISTERUL MUNCII, FAMILIEI ŞI PROTECŢIEI SOCIALE

AMPOSDRU

Fondul Social European POSDRU 2007-2013

Instrumente Structurale 2007-2013

OIPOSDRU UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI”

DIN IAŞI

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI

Şcoala Doctorală a Facultăţii de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului

MODELAREA INTERACŢIUNILOR ŞI DEZVOLTAREA SISTEMELOR INTEGRATE DE MANAGEMENT AL APEI LA NIVEL DE BAZIN HIDROGRAFIC

- REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT -

Conducător de doctorat:

Prof. univ. dr. ing. Carmen Teodosiu

Doctorand:

Ing. Claudia Cojocariu

Iaşi, 2011

UNIUNEA EUROPEANĂ GUVERNUL ROMÂNIEI

MINISTERUL MUNCII, FAMILIEI ŞI PROTECŢIEI SOCIALE

AMPOSDRU

Fondul Social European POSDRU 2007-2013

Instrumente Structurale 2007-2013

OIPOSDRU UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI”

DIN IAŞI

Teza de doctorat a fost realizată cu sprijinul financiar al

proiectului „Burse Doctorale - O Investiţie în Inteligenţă (BRAIN)”.

Proiectul „Burse Doctorale - O Investiţie în Inteligenţă (BRAIN)”,

POSDRU/6/1.5/S/9, ID 6681, este un proiect strategic care are ca

obiectiv general „Îmbunătăţirea formării viitorilor cercetători în cadrul

ciclului 3 al învăţământului superior - studiile universitare de doctorat

- cu impact asupra creşterii atractivităţii şi motivaţiei pentru cariera în

cercetare”.

Proiect finanţat în perioada 2008 - 2011.

Finanţare proiect: 14.424.856,15 RON

Beneficiar: Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” din Iaşi

Partener: Universitatea “Vasile Alecsandri” din Bacău

Director proiect: Prof. univ. dr. ing. Carmen TEODOSIU

Responsabil proiect partener: Prof. univ. dr. ing. Gabriel LAZĂR

UNIVERSITATEA TEHNICĂ „GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI

R E C T O R A T U L

Către

....................................................................................................................................... Vă facem cunoscut că în ziua de...................................la ora.................în Sala de Consiliu a

Facultăţii de Inginerie Chimică va avea loc susţinerea publică a tezei de doctorat intitulată:

“MODELAREA INTERACŢIUNILOR ŞI DEZVOLTAREA SISTEMELOR INTEGRATE DE

MANAGEMENT AL APEI LA NIVEL DE BAZIN HIDROGRAFIC”

elaborată de d-ra inginer Claudia COJOCARIU în vederea conferirii titlului ştiinţific de doctor.

Comisia de doctorat este alcătuită din: 1. Prof. univ. dr. ing. Ioan MĂMĂLIGĂ - preşedinte Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi 2. Prof. univ. dr. ing. Carmen TEODOSIU - conducător ştiinţific Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi 3. Conf. dr. ing. D.C.M. AUGUSTIJN - membru Universitatea Twente din Enschede (Olanda) 4. Prof. univ. dr. ing. Maria GAVRILESCU - membru

Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi

5. Conf. dr .ing. Florica MANEA - membru

Universitatea Politehnica din Timişoara

Vă trimitem rezumatul tezei de doctorat cu rugămintea de a ne comunica, în scris, aprecierile

dumneavoastră.

Cu această ocazie vă invităm să participaţi la susţinerea publică a tezei de doctorat.

Mulţumiri

Doresc să mulţumesc doamnei prof. univ. dr. ing. Carmen Teodosiu, coordonatorul ştiinţific al acestei lucrări, pentru îndrumarea competentă, suportul pentru cercetare şi încurajările domniei sale în realizarea tuturor activităţilor pe care le-am desfăşurat în perioada programului doctoral.

Apreciez în mod deosebit modul în care doamna profesor a contribuit la evoluţia mea intelectuală şi profesională, oferindu-mi şansa de a mă forma în colectivul de cercetare pe care îl coordonează - un colectiv, consider eu, dintre cele mai ambiţioase pe plan naţional, în domeniul managementului şi tehnologiilor de epurare a apelor uzate.

Mulţumesc echipei manageriale ce a condus la existenţa Proiectului „Burse Doctorale - O Investiţie în Inteligenţă (BRAIN)”, ID 6681, al cărui beneficiar am fost şi eu în perioada elaborării prezentei tezei de doctorat.

Alese mulţumiri vreau să adresez colegului dr. ing. George Bârjoveanu care s-a dovedit mereu a fi un sprijin de încredere, dovedind în mod constant disponibilitate şi interes pentru cercetarea interdisciplinară.

Mulţumesc d-nei ş.l. Brînduşa Robu, d-lui conf. dr. ing. Ioan Crăciun pentru interesul şi atenţia cu care m-au sfătuit şi totodată echipei Deltares ce mi-a furnizat suportul software Sobek de realizare a modelului utilizat la simularea hidraulică şi a interacţiunilor privind calitatea apei.

Sincere mulţumiri adresez profesorilor de la Catedra de Ingineria şi Managementul Mediului pentru pregătirea pe care mi-au oferit-o în timpul studiilor universitare.

Mulţumesc domnilor profesori de la Universitatea Twente din Olanda - conf. dr. ing. Denie Augustijn şi conf. dr. ing. René Buijsrogge - pentru sprijinul acordat în timpul stagiului de pregătire extern, realizat în cadrul unui grup de cercetare interdisciplinar cu preocupări în domeniul managementului resurselor de apă.

Îmi exprim deasemenea profunda recunoştinţă familiei şi prietenilor mei pentru sprijinul şi încurajările constante şi pentru acceptarea necondiţionată în momentele dificile.

Mulţumesc tuturor colegilor pentru încurajările şi ajutorul acordate în toţi aceşti ani.

CUPRINS

Introducere 1 Obiective generale şi specifice 3 I. STUDIU BIBLIOGRAFIC Capitolul 1. Stadiul actual al cercetărilor ştiinţifice în domeniul managementului integrat al resurselor de apă 7 1.1. Managementul integrat al resurselor de apă (MIRA) la nivel de bazin hidrografic 7 1.2. Probleme de abordare a procesului MIRA la nivelul bazinelor hidrografice 10

La nivel internaţional 10La nivel naţional 17

1.3. Părţi implicate şi capacitatea instituţională în procesul MIRA 201.4. Instrumente suport de management integrat al resurselor de apă 231.4.1. Instrumente de modelare a interacţiunilor resursei de apă 26

Modele hidrodinamice 26Modele de calitate a apei 31

1.4.2. Evaluări de impact de mediu 351.4.3. Instrumente legislative 37 Capitolul 2. Metodologie. Analiza critică a principalelor probleme de poluare la nivelul bazinului hidrografic Prut 45 2.1. Aspecte metodologice 452.1.1. Organizarea cercetărilor 452.1.2. Metodologia cercetării 46Modelarea calităţii apei ca instrument în MIRA 46Dezvoltarea metodei de evaluare integrată a impactului şi riscului de mediu (EIM) 46Integrarea metodei EIRA în cadrul modelării regimului CBO5 în contextul râului Bahlui 472.2. Specificul şi achiziţia datelor. Surse de date 472.3. Caracterizarea bazinului hidrografic Prut 482.3.1. Prezentarea generală a bazinului hidrografic Prut 482.3.2. Probleme specifice MIRA în bazinul hidrografic Prut 512.3.3. Surse de poluare existente la nivel de bazin hidrografic 57

Surse de poluare existente în judeţul Botoşani 57Surse de poluare existente în judeţul Iaşi 58Surse de poluare existente în judeţul Vaslui 60Surse de poluare existente in judeţul Galaţi 61

II. CONTRIBUŢII ŞI REZULTATE ORIGINALE Capitolul 3. Studii integrate de impact şi risc induse asupra apelor de suprafaţă la nivel de bazin hidrografic 63 3.1. Metodologie integrată de evaluare a impactului şi riscului de mediu indus asupra apelor de suprafaţă de principalii poluatori din bazin 633.1.1. Principii generale 633.1.2. Metodologie de calcul 633.2. Indicatori de calitate consideraţi 663.3. Evaluarea impactului şi riscului de mediu indus de sursele de poluare punctiformă din bazinul hidrografic Prut 673.3.1. Evaluarea impactului de mediu indus de staţiile de epurare din bazinul hidrografic Prut 683.3.2. Evaluarea impactului de mediu indus de municipalităţile din bazinul hidrografic Prut 713.3.3. Evaluarea impactului de mediu indus de activităţile industriale din bazinul hidrografic Prut 753.3.4. Evaluarea impactului de mediu indus de activităţile agricole/zootehnice din bazinul hidrografic Prut 783.3.5. Evaluarea impactului de mediu indus de servicii/alte activităţi din bazinul hidrografic Prut 813.3.6. Evaluarea integrată a impactului şi riscului de mediu indus de sursele de poluare punctiforme din bazinul hidrografic Prut în cee ce priveşte indicatorii de calitate CBO5 şi CCO-Cr 843.3.7. Evaluarea integrată a impactului şi riscului de mediu indus de sursele de poluare punctiforme din bazinul hidrografic Prut în ceea ce priveşte indicatorul de calitate MTS 853.3.8. Evaluarea integrată a impactului şi riscului de mediu indus de sursele de poluare punctiforme din bazinul hidrografic Prut în ceea ce priveşte indicatorul de calitate NH4

+ 863.3.9. Evaluarea integrată a impactului şi riscului de mediu indus de sursele de poluare punctiforme din bazinul hidrografic Prut în ceea ce priveşte indicatorul de calitate detergenţi 863.3.10. Evaluarea integrată a impactului şi riscului de mediu globale indus de sursele de poluare punctiforme din bazinul hidrografic Prut în ceea ce priveşte indicatorii de calitate studiaţi 873.4. Concluzii parţiale 88 Capitolul 4. Modelarea hidraulică şi a calităţii apei râului Bahlui 91 4.1. Software Sobek de simulare a regimului hidrodinamic şi de calitate a apei 914.2. Principii şi ecuaţii de calcul 964.2.1. Modelul hidrodinamic 964.2.2. Modelul de calitate a apei 1004.2. Calibrarea modelului 1014.2.1. Calibrarea modelului hidrodinamic 1024.2.2. Calibrarea modelului de calitate a apei 1054.3. Validarea modelului 1104.3.1. Validarea modelului hidrodinamic 1104.3.2. Validarea modelului de calitate a apei 112

4.4. Scenarii de simulare a diferitelor opţiuni de management 1134.4.1. Scenariul 1. Simularea unui an ploios în condiţiile îmbunătăţirii infrastructurii staţiei de epurare Iaşi 1134.4.2. Scenariul 2. Simularea unui an secetos în condiţiile îmbunătăţirii infrastructurii staţiei de epurare Iaşi 1144.4.3. Scenariul 3. Sistarea activităţii industriei de producere a vinului din localitatea Cotnari 1154.4.4. Scenariul 4. Îmbunătăţirea calităţii efluenţilor deversaţi de industrii, respectiv de staţiile de epurare din sistemul analizat 1164.5. Concluzii parţiale 119 Capitolul 5. Integrarea metodei EIRA în cadrul activităţilor de modelare a interacţiunilor privind calitatea resurselor de apă la nivel de bazin hidrografic 121 5.1. Argumente în sprijinul integrării celor două instrumente MIRA 1215.2. Scenarii privind evoluţia impactului de mediu indus de regimul CBO5 în sub-bazinul hidrografic al râului Bahlui 1235.2.1. Scenariul 1 - Îmbunătăţirea calităţii efluenţilor staţiilor de epurare municipale 1255.2.2. Scenariul 2 - Conectarea la reţeaua centralizată de canalizare/îmbunătăţirea calităţii efluenţilor tuturor surselor de poluare punctiformă 1275.2.3. Variante de abordare a metodei EIRA pe baza modelărilor în programul Sobek 1305.2.4. Evaluarea integrată a dinamicii impactului şi riscului de mediu în contextul scenariului privind îmbunătăţirea calităţii efluenţilor tuturor surselor de poluare punctiformă (scenariul 2) 1345.3. Concluzii parţiale 136 Concluzii generale 137 Bibliografie 141Listă figuri 154Listă tabele 156Activitate ştiinţifică 161

1

Introducere

Printre problemele globale cu care se confruntă astăzi omenirea se află lipsa resurselor de apă şi degradarea calităţii apei. O proiecţie a creşterii populaţiei indică faptul că peste 25 de ani resursele de apă vor trebui să acopere nevoile a încă 2-3 miliarde de oameni. Apa este tot mai mult vazută ca o constrângere cheie în toate sectoarele vieţii şi în tot mai multe regiuni ale globului. Dificultăţile se accentuează dacă unele ţări cu resurse insuficiente de apă depun eforturi disproporţionate între dezvoltarea economică pe termen scurt şi cea durabilă, care presupune echilibrul dezvoltarea economică, socială şi protecţia mediului. Realizarea obiectivelor dezvoltării durabile depind într-o măsură foarte mare de managementul integrat al resurselor de apă, APA fiind un factor esenţial pentru existenţa vieţii şi pentru dezvoltarea societăţii umane.

În atmosferă există cantităţi de apă sub formă de vapori şi nori. Deşi cantităţile de apă de pe planeta noastră sunt mari, totuşi sursele de apă care pot fi utilizate pentru consumul uman, animal sau utilizări industriale sunt limitate, având în vedere cantităţile mari de apă cu salinitate ridicată sau pe cele blocate sub formă de gheţari. Distribuţia inegală a apei pe suprafaţa globului, conduce la probleme de alimentare cu apă în zonele intens populate şi cu industrii dezvoltate. Astfel, 20% din rezervele de apă dulce ale Pământului sunt concentrate în bazinul Amazonului, rezerve menţinute şi de regimul intens de precipitaţii.

Utilizarea durabilă a resurselor de apă reprezintă o problemă pentru aproape toate ţările şi toate regiunile Europei, în special datorită densităţii ridicate a populaţiei, creşterii zonelor irigate, a presiunilor activităţilor industriale datorită deversărilor poluante şi ale volumelor de apă utilizate, a creşterii activităţilor de turism, etc. Asigurarea resurselor de apă de calitate şi a serviciilor de salubritate, precum şi managementul eficient al resurselor de apă reprezintă aspecte prioritare pentru programele europene şi internaţionale. În acest moment, la nivelul Uniunii Europene, există câteva organizaţii şi asociaţii de organizaţii care abordează probleme ale resurselor de apă (cercetare, investiţii, infrastructură) cum sunt: European Water Partnership, EU Water Initiative, Water Supply and Sanitation Technology Platform, European Network of Freshwater Research Organizations, etc) (Europe, Water and the World , 2006).

O definiţie generală a conceptului de Management Integrat al Resurselor de Apa (MIRA) a fost dată de catre Global Water Partenership, prin intermediul Comitetului Tehnic: „Managementul integrat al resurselor de apă este un proces care promovează coordonarea dezvoltării şi managementului resurselor de apă, utilizarea durabilă a terenului şi a altor resurse cu scopul de a maximiza rezultatele economice şi bunăstarea socială într-o manieră echitabilă, fără a compromite durabilitatea ecosistemelor vitale” (GWP, 2004). Această definiţie implică atât aspecte care vizează: resursele de apă (subterane şi de suprafaţă), bazinele riverane, bazinele de coastă şi maritime, uilizările terenului, utilizatorii din amonte şi aval, dar şi aspecte care vizează capacitatea umană de a utiliza şi beneficia în mod durabil de resursele fizice.

Această definiţie este în concordanţă cu principiile dezvoltării durabile, aşa cum rezultă din Capitolul 18 al Agendei 21: „Trebuie recunoscută caracteristica apei de resursă cu multiple utilizări in contextul dezvoltării socio-economice, după cum urmează: apa potabilă, salubritate, agricultură, industrie, dezvoltare urbană, producere de energie, piscicultură, transport, recreere, etc” (Agenda 21, 1992).

Managementul integrat al resurselor de apă a apărut din nevoia de a aborda într-o manieră eficientă noile probleme legate de resursele de apă. Creşterea numărului populaţiei, dezvoltarea uneori exponenţială a activităţilor economice şi îmbunătăţirea standardelor de viaţă au condus la o creştere accelerată a cererii pentru apă, metodele tradiţionale de management al apei nefiind eficiente pentru a răspunde corespunzător acestor probleme. Poluarea surselor de apă, poate cel mai important aspect al problemelor legate de resursele de apă, scoate din circuitul natural (şi economic) importante cantităţi de apă şi pe de altă parte are şi efecte secundare cum ar fi: riscul apariţiei de boli infecţioase, dezechilibre ale ecosistemelor, creşterea competiţiei şi a numărului de conflicte legate de resursele de apă.

Aceste aspecte complexe ale managementului durabil al resurselor de apă, sunt şi mai acute în ţările cu economie în tranziţie, cum este şi cazul României, unde problemele istorice legate de calitatea resurselor de apă sunt accentuate de grave probleme de infrastructură (în special pentru colectarea şi epurarea apelor uzate), de neconcordanţe în implementarea strategiilor, programelor şi proiectelor specifice

2

managementului integrat al resurselor de apă, precum şi de probleme de coordonare şi cooperare între părţile interesate.

Implementarea MIRA în România, pe lângă sprijinul legislativ şi organizaţional al autorităţilor locale/regionale, necesită instrumente suport tehnice şi de management cum ar fi: tehnici inovative pentru monitorizarea şi managementul datelor, concepte integratoare şi inovative pentru furnizarea, utilizarea şi reutilizarea apei, strategii de management, metode şi tehnici de evaluare şi reducere a impactului de mediu asupra resurselor de apă, pe întreg ciclul apei, şi nu în ultimul rînd, programe educaţionale pentru managementul durabil al resurselor de apă. Pentru aceste motive, studiul dezvoltării şi integrării instrumentelor şi practicilor suport pentru îmbunătăţirea proceselor de management al resurselor de apă reprezintă un demers ştiinţific pe deplin justificat.

Obiective generale şi specifice În contextul actual al globalizării, Managementul Integrat al Resurselor de Apă (MIRA) este un

domeniu foarte complex, care include o serie vastă de factori, politici, concepte, date tehnice, etc. Această abordare a managementului resurselor de apă a apărut datorită neajunsurilor semnalate în privinţa resurselor de apă limitate, din ce în ce mai poluate şi mai vulnerabile, incapabile de a susţine un ecosistem şi care trebuie sa fie raţionalizate între nevoile şi cerinţele societăţii, multe persoane neavând încă acces la resurse de apă suficiente şi sigure.

Prezenta lucrare abordează într-un mod original aspecte legate de implementarea MIRA în bazinul hidrografic Prut, dezvoltarea şi utilizarea instrumentelor de modelare şi respectiv de evaluare integrată în identificarea impacturilor, riscurilor şi analiza opţiunilor de management al apelor uzate şi integrarea tehnicilor pentru a fundamenta deciziile la nivelul sistemului MIRA.

Subiectul abordat este unul complex de actualitate şi contribuie la îmbunătăţirea progresului în cercetările privind dezvoltarea de instrumente tehnico-manageriale, cu scopul reducerii presiunilor de mediu asupra resurselor de apă, ecosistemelor şi sănătăţii umane.

Acest context a condus la formularea obiectivului general al prezentei teze de doctorat, care propune studiul posibilităţilor de dezvoltare şi integrare a instrumentelor suport pentru îmbunăntăţirea managementului resurselor de apă la nivel de bazin hidrografic.

În atingerea acestui obiectiv au fost urmate 2 direcţii de cercetare: • Evaluarea integrată a impactului de mediu si a riscului asociat, indus de sursele de poluare punctiformă asupra resurselor de apă de suprafaţă. • Modelarea interacţiunilor de natură hidraulică, hidrodinamică şi de calitate a apei existente între utilizatorii apei.

Obiectivele specifice ce au răspuns acestor direcţii de cercetare sunt următoarele: 1. Analiza critică a interacţiunilor dintre utilizatori şi starea resurselor de apă la nivel de bazin hidrografic în relaţie cu îndeplinirea obiectivelor privind calitatea corpurilor de apă; 2. Dezvoltarea unei metodologii integrate de cuantificare a impacturilor şi riscurilor de mediu induse asupra resurselor de apă de suprafaţă; 3. Dezvoltarea unei aplicaţii de modelare a calităţii apei de suprafaţă pentru studiul opţiunilor de management durabil al apelor uzate; 4. Studiul posibilităţilor de integrare a celor două instrumente într-un sistem suport aplicabil la nivel de bazin hidrografic.

Teza de doctorat este structurată în 5 capitole, conţine un număr de 30 figuri, 70 tabele şi 264 referinţe bibliografice şi se încheie cu concluzii generale.

Rezultatele originale ale tezei de doctorat au fost diseminate de autoare astfel: 5 articole publicate (2 articole publicate şi 1 articol în curs de evaluare în reviste cotate ISI Web of Science şi 2 articole publicate în reviste BDI), 2 lucrări prezentate sub formă de comunicări orale şi 5 lucrări prezentate sub formă de postere la conferinţe naţionale şi internaţionale.

3

Capitolul 1 conţine un studiu bibliografic care fundamentează ştiinţific cercetările abordate în cadrul tezei de doctorat, analizând critic informaţiile din literatură despre problemele legate de implementarea managementului integrat al resurselode de apă (MIRA) la nivel de bazin hidrografic pe plan naţional şi internaţional, aspectele legate de colaborarea şi capacitatea instituţională a părţilor interesate, instrumementele suport utilizate în MIRA, etc. Astfel, este analizată evoluţia conceptului de management integrat al resurselor de apă şi sunt prezentate modurile de abordare ale problemelor specifice acestui context la nivel naţional şi internaţional. De asemenea, în acest capitol sunt evidenţiate rolurile şi responsabilităţile părţilor interesate, pentru o colaborare eficientă în cadrul proceselor specifice MIRA. În a doua parte a acestui capitol sunt prezentate eforturile ştiinţifice pentru dezvoltarea instrumentelor specifice MIRA, fiind evidenţiate instrumentele de modelare a calităţii cursurilor de apă, precum şi tehnicile de evaluare a impactului şi riscului, care fac obiectul cercetărilor acestei teze de doctorat.

Capitolul 2 prezintă aspectele metodologice abordate în cadrul tezei de doctorat. Organizarea cercetărilor a fost asfel concepută pentru a răspunde obiectivului general al tezei, fiind evidenţiat modul coerent şi unitar de realizare a cercetărilor. În a doua parte a acestui capitol este prezentat studiul de caz pe care s-au dezvoltat cercetările din cadrul tezei de doctorat (aspecte geografice, geologice, climatologice, hidrologice, etc). Zona de studiu se referă la bazinul hidrografic Prut, situat în nord-estul României care a fost ales, datorită faptului că reprezintă un bazin hidrografic în care sunt prezente toate problemele de management a resurselor de apă specifice României.

Contribuţia originală a prezentei teze de docorat este prezentată în 3 capitole după cum urmează: În capitolul 3 este prezentat un studiu de evaluare integrată a impactului de mediu şi a riscurilor

asociate deversării de ape uzate din surse punctiforme în bazinul hidrografic al râului Prut. Principala contribuţie originală adusă de acest studiu constă în dezvoltarea unei metodologii integrate de evaluare a impactului şi riscului de mediu care consideră pentru calculul impactului de mediu aspecte legate de debitele de ape uzate deversate, concentraţiile diverselor specii poluante, dar pentru prima dată şi vulnerabilitatea receptorului natural în care are loc deversarea. În cadrul capitolului s-au selectat indicatorii de calitate cu relevanţă (CBO5, CCO-Cr, MTS, NH4

+ şi detergenţi) pentru aplicarea metodologiei în vederea generării unei imagini complete a impactului poluării apelor de suprafaţă şi a identificării surselor de poluare majoră a corpurilor de apă din bazinul hidrografic Prut (puncte critice). Astfel a fost creat un instrument complet de evaluare a riscurilor şi impacturilor induse asupra apelor de suprafaţă cu mare aplicabilitate practică în re-evaluarea modului în care se face acordarea permiselor de deversare a apelor uzate.

În capitolul 4 al tezei de doctorat este dezvoltat un studiu de modelare a calităţii râului Bahlui având ca obiectiv principal urmărirea dinamicii spaţio-temporale a concentraţiei de CBO5 şi simularea unor scenarii posibile de management al apelor uzate de-a lungul râului Bahlui. Modelarea concentraţiei de CBO5 se bazează pe un model integrat hidraulic – de calitate care ia în considerare geometria râului şi datele de curgere, debitele de ape uzate, concentraţiile de CBO5 asociate deversărilor de ape uzate, precum şi procesele de transport şi transformare pentru calculul concentraţiilor de CBO5 în orice punct şi în orice moment de-a lungul râului Bahui. Rezultatele acestui studiu au pus în evidenţă faptul că modelarea şi simularea concentraţiei CBO5 într-un râu poate fi un instrument foarte util în studiul efectelor deversării de ape uzate, precum şi pentru simularea implementării diverselor opţiuni de management a apelor uzate, in relaţie cu îndeplinirea obiectivelor Directivei Cadru a Apei.

Capitolul 5 al tezei de doctorat propune integrarea celor două instrumente dezvoltate anterior, cu scopul de a identifica şi urmări evoluţia impacturilor de mediu induse asupra resurselor de apă. Integrarea celor două instrumente constă în generarea de date de debit şi concentraţii în râul studiat cu ajutorul modelului de calitate, urmată de evaluarea integrată de impact şi risc cu ajutorul metodologiei dezvoltate în capitolul al treilea.

Teza de doctorat se încheie cu concluzii generale şi recomandări privind posibilităţile de îmbunătăţire a proceselor decizionale în cadrul managementului integrat al resurselor de apă cu ajutorul instrumentelor dezvoltate în cadrul tezei de doctorat.

4

Rezultatele originale ale tezei de doctorat au fost diseminate de autoare astfel: 5 articole publicate (2 articole publicate şi 1 articol în curs de evaluare, în reviste cotate ISI Web of Science şi 2 articole publicate în reviste BDI), 2 lucrări prezentate sub formă de comunicări orale şi 5 lucrări prezentate sub formă de postere la conferinţe naţionale şi internaţionale. Capitolul 2. Metodologie. Analiza critică a principalelor probleme de poluare la nivelul bazinului hidrografic Prut

Pe lângă problemele generale ale managementului resurselor de apă (extinderea limitată a reţelelor de canalizare şi a staţiilor de epurare, şi deficienţele în coordonarea activităţilor din procesul decizional), principala problemă a implementării managementului integrat al resurselor de apă o reprezintă calitatea apelor de suprafaţă în corelaţie cu atingerea obiectivelor Directivei Cadru a Apei. Pentru exemplificare, în cadrul acestui capitol, sunt prezentate principalele probleme de poluare a corpurilor de apă naturale din bazinul hidrografic Prut, alături de metodologia propusă pentru realizarea cercetărilor şi atingerea obiectivelor propuse. Cu mici excepţii, există grave probleme de calitate a apei atât pe cursul principal al răului, cât şi în reţeaua hidrografică a acestuia. Astfel, alegerea bazinului hidrografic Prut ca studiu de caz în demersul ştiinţific abordat este justificată, prin aceea că prezintă toate problemele specifice managementului resurselor de apă din România: probleme de calitate a apelor de suprafaţă, infrastructură insuficientă şi ineficientă, probleme de managementul utilizării terenului, fenomene extreme, dezvoltare economică rapidă, lipsă de comunicare şi cooperare între părţile interesate.

2.1.1. Organizarea cercetărilor

Pentru a răspunde obiectivelor ştiinţifice ale prezentei teze de doctorat, cercetările au fost organizate într-un cadru unitar şi coerent în conformitate cu schema prezentată în Figura 2.1.

Figura 2.1. Strategia cercetărilor propusă

5

2.1.2. Metodologia cercetării

Cercetările aferente prezentei teze aduc contribuţii originale în ceea ce priveşte aspectele metodologice de dezvoltare a sistemelor integrate de corelare a instrumentelor suport în procesul de management al resurselor de apă în bazinul hidrografic Prut, în două direcţii: acea a modelării interacţiunilor existente între utilizările apei şi de evaluare integrată a impactului de mediu şi riscului asociat, indus de sursele de poluare punctiformă, asupra resurselor de apă de suprafaţă.

Dezvoltarea metodei de evaluare integrată a impactului şi riscului de mediu (EIM) Cercetările privind evaluarea integrată a impactului şi a riscului de mediu asupra factorului de

mediu apa de suprafaţă s-au realizat la nivelul anilor 2004 - 2007, considerându-se cinci indicatori de calitate semnificativi (CBO5, CCO-Cr, materii totale în suspensie - MTS, NH4

+ şi detergenţi), monitorizaţi la 102 surse de poluare (agenţi poluatori), considerându-se pentru calculul impactului de mediu aspecte legate de debitele de ape uzate deversate, concentraţiile diverselor specii poluante, dar pentru prima dată şi vulnerabilitatea receptorului natural în care are loc deversarea.

Studiile integrate de impact şi risc, au fost efectuate la nivelul surselor de poluare din bazinul hidrografic Prut, monitorizate de către Direcţia Apelor Prut şi clasificate totodată după tipul de activitate desfăşasurat astfel: staţii de epurare, municipalităţi (unităţi administrative şi de învăţământ, spitale), agenţi industriali, agenţi agro-zootehnici şi servicii (şi/sau alte activităţi). S-a urmărit aşadar o ierarhizare a impacturilor induse pe tipul de activităţi pentru a se deduce astfel contribuţia fiecărui tip de activitate în cadrul impacturilor globale. Modelarea calităţii apei ca instrument în MIRA Modelarea hidraulică şi a regimului CBO5 pentrul râul Bahlui s-a realizat pe perioada anilor 2004-2007, într-un mod original, prin cuplarea modulului numeric uni-dimensional de modelare (1DFlow) cu modulul uni-dimensional de calitate a apei (1DWAQ), din cadrul programului software Sobek. Datele hidrologice şi hidrometrice din staţiile de monitorizare, respectiv cele legate de morfologia terenului (pante, cote de teren, distanţe şi elevaţii) au fost corelate cu datele de calitate a apei pentru sursele de poluare ce descarcă ape uzate în râul Bahlui. Modelul este calibrat pe şiruri de date reprezentând măsurători de debit şi concentraţie CBO5 la staţiile de măsurare (serii de timp pe perioada anilor 2004-2005) din reţeaua râului Bahlui. Rezultatele sunt validate pe înregistrări de date în ani cu regim hidrologic diferit (an ploios – 2005, an secetos – 2007) şi pe variante de măsuri de management propuse în sprijinul reducerii presiunilor de mediu asupra resurselor de apă, ecosistemelor şi sănătăţii umane şi au ca obiectiv îmbunătăţirea calităţii râului Bahlui, pentru atingerea clasei de calitate II, conform directivei Cadru a Apei. Integrarea metodei EIRA în cadrul modelării regimului CBO5 în contextul râului Bahlui Pornindu-se de la modelul hidrodinamic şi de calitate a apei şi de la metoda EIRA, în vederea atingerii unui grad mai redus de incertitudine a rezultatelor obţinute prin aplicarea celor două tehnici în mod separat, s-au cuplat cele două instrumente într-un sistem integrat de metode ce oferă informaţii privind dinamica în timp şi spaţiu a impactului de mediu şi riscului asociat induse de o activitate ce deversează un efluent de apă uzată într-un corp de apă de suprafaţă. Respectând frontierele sistemului ca în cercetările de modelare, cu aceleaşi condiţii morfodinamice şi hidrologice, pe baza acelorlaşi ipoteze simplificatoare ca în cercetările de modelare, pe reţeaua schematizată ce simulează râul Bahlui s-au produs date zilnice de ieşire (debit apă uzată-concentraţie CBO5) ce au fost utilizate in metoda EIRA, pe baza calibrării şi validării efectuate deja în cercetările de modelare din prezenta teză, pe perioada anilor 2004-2007.

2.3. Caracterizarea bazinului hidrografic Prut 2.3.1. Prezentarea generala a bazinului hidrografic Prut

Bazinul hidrografic al râului Prut (Figura 2.2.) este situat în extremitatea nord-estică a bazinului Dunării şi se invecinează cu bazinele Tisa la nord-vest, Siret la vest şi Nistru la nord şi est. Al doilea

6

afluent ca lungime al Dunării, râul Prut (952,9 km) are suprafaţa totală a bazinului, de 27.500 km2 desfăşurându-se pe teritoriul a trei state Ucraina, România şi Republica Moldova.

Bazinul hidrografic al râului Prut are în România o suprafaţă de recepţie de 10.967 km2 (cca. 4,6% din suprafaţa ţării). O caracteristică a bazinului hidrografic Prut este forma alungită cu o lăţime medie de cca. 30 km.

Râul Bahlui, situat în partea de Nord-Est a României în Campia Moldovei este cel mai important afluent al Râului Jijia, care la rândul său, este afluent de dreapta al râului Prut.

Figura 2.2. Bazinele hidrografice ale României

Cu o suprafaţă a bazinului de 1960 km², reprezintă 17% din suprafaţa bazinului hidrografic al râului

Prut şi prezintă numeroase probleme de poluare tipice pentru corpurile de apă din România, fiind şi cel mai poluat afluent al râului Prut. Râul Bahlui are numeroşi afluenţi însă cei mai mulţi au un curs nepermanent (DAP, 2008).

2.3.2. Probleme specifice MIRA în bazinul hidrografic Prut Râul Prut formează graniţa între Romania şi Ucraina pe o lungime de 31 km şi între România şi Republica Moldova pe 711 km. Caracterul său de râu transnaţional induce o serie de particularităţi cu privire la integrarea sistemelor de management a resursei de apă din mai multe puncte de vedere: istoricul calităţii apei, achiziţia şi gestionarea datelor, practicile de management în situaţii de urgenţă, legislaţia aplicabilă, gradul de implicare a părţilor interesate, specificul procesului de prioritizare a măsurilor, etc. Aceste diferenţe conduc la dificultăţi de control al poluării resursei de apă şi îngreunează elaborarea planurilor de măsuri ale autorităţilor de management.

Principalele probleme specifice bazinului hidrografic Prut cu privire la managementul resurselor de apă sunt:

• Ineficienţa infrastructurii de transport şi epurare a apelor uzate • Grade de conectare scăzute la sistemele de alimentare cu apă/epurare a apelor uzate, în special

în zonele rurale • Creşterea frecvenţei fenomenelor extreme (inundaţii/secete) • Creştere economica (rapidă) • Probleme de comunicare /colaborare între părţile interesate • Neconconrdanţe între legislaţia naţională şi condiţiile locale specifice (bazin hidrografic) (neconconrdanţe între debitele de ape uzate deversate (si concentraţiile poluanţilor) şi calitatea receptorilor naturali).

7

Presiunile hidromorfologice din bazinul hidrografic Prut sunt un alt aspect ce ridică probleme de management al resurselor de apă, ele fiind reprezentate de: acumulări, derivaţii, iazuri, prelevări/restituţii de apă semnificative, regularizări, îndiguiri şi apărări de maluri, executate pe corpurile de apă în diverse scopuri (energetic, asigurarea cerinţei de apă, regularizarea debitelor naturale, apărarea împotriva efectelor distructive ale apelor, combaterea excesului de umiditate, etc), cu efecte funcţionale pentru comunităţile umane (DAP, 2008).

În bazinul hidrografic Prut sunt inventariate un număr de 124 folosinţe de apă (DAP, 2008) care folosesc resursele de apă de suprafaţă ca receptor al apelor evacuate. În urma analizării surselor de poluare punctiformă, ţinând seama de criteriile menţionate mai sus, au rezultat un număr de 329 surse punctiforme semnificative (286 urbane, 33 industriale şi 10 agricole). În Tabelul 2.3. este redat un inventar al principalelor categorii de surse de poluare punctiformă.

2.3.3. Surse de poluare existente la nivel de bazin hidrografic

Tabel 2.3. Inventarul agenţilor poluatori studiaţi

Judeţ Tipul de activitate Botoşani Iaşi Vaslui Galaţi Total

Staţii de epurare 7 8 9 2 26 Municipalităţi (unităţi administrative şi de învăţământ) 7 0 3 6 16

Agenţi industriali 10 18 5 5 38 Agenţi agro-zootehnici 3 2 1 2 8 Servicii (şi/sau alte activităţi) 7 2 3 2 14 Total 34 30 21 17 102

Capitolul 3. Studii integrate de impact şi risc induse asupra apelor de suprafaţă la nivel de bazin hidrografic

3.1. Metodologie integrată de evaluare a impactului şi riscului de mediu indus asupra apelor de suprafaţă de principalii poluatori din bazin 3.1.1. Principii generale

Recunoaşterea la scară tot mai largă a implicaţiilor pe care le are o instalaţie/proces/activitate (nou(ă) sau existent(ă) deja) asupra calităţii unor componente de mediu, în general şi în particular, asupra omului, este insuficient tratată doar de procedura de evaluare a impactului de mediu şi de aceea a condus la necesitatea integrării intr-o metodologie unitară a procedurii de evaluare a impactului de mediu cu cea a riscului asociat. Prin urmare, s-au remarcat eforturi ce sprijină ideea (Kuitunen şi colab., 2007; Robu şi Macoveanu 2010; Sandham şi Pretorius 2008) conform căreia procedura de evaluare a riscului de mediu completează ca volum de informaţie şi grad de obiectivitate, procedura de evaluare a impactului asupra mediului, ambele având scopul de îmbunătăţire a procesului decizional. 3.1.2. Metodologie de calcul

Iniţial, metoda integrată de evaluare a impactului şi riscului de mediu (Environmental Impact and Risk Assessment - EIRA) a fost dezvoltată (Robu, 2005; Robu şi colab., 2005; Robu şi Macoveanu, 2010) pentru cuantificarea impacturilor şi riscurilor de mediu prin considerarea a patru componente de mediu: apa de suprafaţă, apa subterană, aer şi sol. Ulterior, Bârjoveanu şi colab. (2010) au modificat metoda iniţială şi au luat în considerare doar o componentă de mediu, apa de suprafaţă, pentru care impacturile, respectiv riscurile, sunt cuantificate pe baza indicatorilor de calitate. Expresia matematică ce stă la baza cuantificării impactului de mediu este redată prin ecuaţiile 3.1. şi 3.2 (Cojocariu şi colab., 2011b). Impact de mediu (IM) = Magnitudine (M) x Gravitate (G) x Importanţă (UI) (3.1.)

8

. . det

max

ia u

i ri

Q CauIM U

Q CMA= × × I (3.2.)

Magnitudinea impactului de mediu este dată de raportul dintre debitul de apă uzată deversat de un agent poluator şi debitul maxim permis şi reglementat prin Ordonanţa de urgenţă 161 din 2006, stabilit în concordanţă cu debitul râului pe tronsonul avut în vedere dar şi cu specificul şi dimensiunea activităţii agentului poluator.

a.u.

max

QM=Q

(3.3.)

unde: M - magnitudinea, (-). Qa.u. - debitul de apă uzată deversat de un agent poluator, (m3/s). Qmax - debitul maxim permis de legislaţia de mediu (OUG 161/2006), (m3/s).

Gravitatea depinde în mod direct de concentraţia poluantului în mediu. Aceasta redă decalajul faţă de situaţia de referinţă în ceea ce priveşte concentraţia (determinată) a efluentului deversat într-un receptor natural, având în vedere concentraţia maxim admisă de NTPA 001 - Normativ privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanţi a apelor uzate industriale şi orăşeneşti la evacuarea în receptorii naturali (HG 352/2005) pentru un anumit indicator de calitate avut în vedere „i”.

idet

ii

CG =CMA

(3.4.)

unde: - concentraţia poluantului „i” în efluentul deversat într-un receptor natural, (mg/L). detiC

CMAi - concentraţia maxim admisă a indicatorului de calitate „i” prin NTPA 001 (HG 352/2005), (mg/L). Ultimul termen din ecuaţia 3.1. este unitatea de importanţă, care evidenţiază

sensibilitatea/vulnerabilitatea tronsonului de râu în care un agent poluator deversează un debit de apă uzată şi care reprezintă un element de noutate în dezvoltarea acestei metode. Ea este acordată de către evaluator pe o scară de la 0,2 la 1, unde valoarea 1 reprezintă “importanţa maximă” asociată unui sector de râu situat în clasa de calitate V („foarte proastă”) şi valoarea 0,2 reprezintă „importanţa minimă” acordată (OUG 161/2006) unui sector de râu situat în clasa de calitate I („foarte bună”), după cum este redat în Figura 3.1.

Detereminarea unităţilor de importanţă

0

1

2

3

4

5

0,2 0,4 0,6 0,8 1

unităţi de importanţă

clas

e de

cal

itate

râu

V

IV

III

II

I

Figura 3.1. Acordarea unităţilor de importanţă funcţie de clasa de calitate a râului

(Bârjoveanu et al., 2010; Cojocariu et al., 2011)

Fiecărui impact de mediu calculat în funcţie de indicatorul de calitate “i”, îi este asociat un risc de mediu. Odată ce au fost cuantificate impacturile induse asupra componentei de mediu apa de suprafaţă, se calculează riscurile asociate acestor impacturi, astfel:

i iRM =IM ×Pi (3.5.) unde: RMi - riscul indus asupra apei de suprafaţă calculat după indicatorul de calitate “i”, IMi - impactul indus asupra apei de suprafaţă calculat după indicatorul de calitate “i”,

9

Pi - probabilitatea de producere a impactului indus asupra apei de suprafaţă calculată după indicatorul de calitate „i”. Probabilitatea de producere a unui impact de mediu se calculează ca frecvenţă de depăşire a pragului de alertă (70 % din CMA), aplicând formula:

nP=m

(3.6.)

unde: n - numărul de depăşiri al pragului de alertă (70 % din valoarea CMA), m - numărul total de valori înregistrate/determinări.

S-a considerat ca situaţie de referinţă, scenariul ipotetic prin care un agent poluator oarecare ar deversa un efluent de apă uzată de concentraţie ce atinge valorile pragului de alertă (70% din concentraţia maximă admisă) pentru poluanţii avuţi în vedere şi un debit egal cu debitul maxim permis de legislaţie. Totodată, s-au considerat clasa de calitate II (respectiv, valoarea unităţii de importanţă de 0,4) pentru sectorul de râu în care agentul poluator deversează efluent de apă uzată şi probabilitatea maximă (P=100%) - dintr-un număr ipotetic de valori ale concentraţiei pentru poluantul “i”,, toate au fost presupuse depăşiri ale valorii pragului de alertă. Pentru fiecare indicator de calitate s-au calculat IM şi RM pe bază formulelor de mai sus şi s-au obţinut următoarele valori:

Aşadar: i

i a.u. detREF rau

max i

Q C 0,7×CMAIM = × ×UI =1× ×0,4=0,28Q CMA CMA

(3.7.)

Întrucât în situaţia de referinţă considerată: Qa.u. = Qmax (3.8.) i i iREF REF REFRM =IM ×P =0,28×1=0,28 (3.9.)

3.2. Indicatori de calitate consideraţi Cercetările privind atât modelarea matematică cu programul Sobek cât şi cuantificarea integrată a

impactului şi riscului de mediu asupra factorului de mediu apa de suprafaţă s-au realizat la nivelul anilor 2004 – 2007, considerându-se în partea de modelare matematică indicatorul de calitate CBO5 iar în cadrul evaluării integrate de impact si risc, cinci indicatori de calitate. Indicatorii de calitate consideraţi reprezentativi în a caracteriza calitatea apei de suprafaţă şi pe baza cărora s-au realizat studiile integrate de impact şi risc sunt: CBO5, CCO-Cr; MTS, NH4

+ şi detergenţi.

3.3. Evaluarea impactului şi riscului de mediu indus de sursele de poluare punctiformă din bazinul hidrografic Prut

Studiile integrate de impact şi risc au fost derulate la nivelul surselor de poluare din bazinul hidrografic Prut, monitorizate de catre Directia Apelor Prut si clasificate totodata după tipul de activitate ca în Tabelul 2.3. Pentru fiecare din cele 4 judete din bazinul hidrografic studiat s-a realizat câte un inventar al tuturor agenţilor poluatori/consumatori ai resurselor de apă. În continuare sunt redate rezultatele cuantificării integrate a impactului de mediu şi riscului asociat pe categorii de activităţi poluatoare.

3.3.1. Evaluarea impactului de mediu indus de staţiile de epurare din bazinul hidrografic Prut

Staţiile de epurare din bazinul hidrografic Prut reprezintă un punct cheie în managementul durabil al resurselor de apă, întrucât ele afectează în mod direct calitatea apei din receptorii naturali şi de gradele lor de epurare realizate depinde asigurarea unei stări de calitate bună a corpurilor de apă receptoare. Staţiile de epurare analizate în bazinul hidrografic Prut sunt prezentate în Tabelul 3.4.

Staţiile de epurare municipale supuse evaluării integrate de impact şi risc prezintă valori ridicate ale impactului de mediu faţă de referinţa stabilită, în toate cele 4 judeţe analizate. Figurile 3.1.-3.2. prezintă rezultatele cuantificării integrate a impacturilor de mediu (IM) induse de staţiile de epurare analizate, funcţie de magnitudine (M - reprezentată grafic prin , calculată ca raportul dintre debitul mediu anual de apă uzată deversat şi cel maxim permis) şi gravitate (G - reprezentată grafic prin , calculată ca raportul dintre concentraţia medie a indicatorului de calitate a apei).

10

Tabel 3.4. Evolutia clasei de calitate a tronsoanelor de râu aferente staţiilor de epurare evaluate pe perioada studiată (DAP, 2008)

Evoluţia clasei de calitate a râului receptor Nr.

crt. Judet Staţia de epurare Râul receptor 2004 2005 2006 2007

1 RAJ "APA" Botoşani (Răchiţi) Sitna II II II II 2 RAJ "APA" Botoşani (Tulbureni) Teascu II II II II 3 RAJ "APA" Botoşani (Bucecea) Sitna II II III IV 4 RAJ "APA" Botoşani (Cătămărăşti) Sitna II II III IV 5 Goscom Dorohoi Jijia V V III IV 6 SC CONACET SA Săveni Băşeu IV IV III IV 7

Bot

oşan

i

SC DACATERM SA Darabani Podriga V V V V 8 Apavital Iaşi (treapta mec.) Bahlui V V V V 9 Apavital Iaşi (treapta mec.+bio.) Bahlui V V V V

10 Apavital Hârlău Bahlui IV IV IV IV 11 Apavital Belceşti Bahlui V V IV III 12 Apavital Tg.Frumos Bahluieţ IV IV IV IV 13 Apavital Pd.Iloaiei Bahlui IV IV IV IV 14 Apavital Vlădeni Jijia IV IV III III 15

Iaşi

Apavital Răducăneni Bohotin V V V V 16 GOSCOM SA Husi Huşi V V IV V 17 GOSCOM SA Vaslui Vasluieţ V V IV V 18 GOSCOM SA Spătar Angheluţă Delea III III II II 19 GOSCOM SA - Zona industrială Rediu Racova IV IV IV IV 20 GOSCOM SA - Staţie tratare Delea Delea III III II II 21 R.A.G.C.L. Bârlad Bârlad III III IV IV 22 R.A.G.C.L. - Iaz retenţie 2 Valea Seacă V V IV IV 23 R.A.G.C.L. - Ev. dir. Balta Prodana Balta Prodana IV IV IV IV 24

Vas

lui

R.A.G.C.L. - Ev. dir. S.P. Termica Bârlad IV IV IV IV 25 TERMSAL Tecuci Bârlad IV IV IV IV 26

Galaţi TERMSAL Elena Doamna Tecucel III III III III

În privinţa indicatorilor CBO5 şi CCO-Cr, în figurile 3.2.- 3.6. se poate observa că valorile cele mai

ridicate ale impactului de mediu faţă de referinţă sunt inregistrate în judeţele Botoşani (de GOSCOM Dorohoi) şi Iaşi (staţiile de epurare din localităţile Podu Iloaiei, Vlădeni şi Belceşti).

Statii de epurare (CBO5)

0

1

2

3

4

5

ref 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Botosani Iasi Vaslui Galati

Impa

ct d

e m

ediu

(IM

)

0

2

4

6

8

10

Mag

nitu

dine

(Gra

vita

te)

IMMG

Figura 3.2. Impacturile de mediu induse de staţiile de epurare studiate în ceea ce priveşte indicatorul de calitate CBO5

11

Statii de epurare (CCO-Cr)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

ref 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26


Impa

ct d

e m

ediu

(IM

)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

Mag

nitu

dine

(Gra

vita

te)

IMMG

Figura 3.3. Impacturile de mediu induse de staţiile de epurare studiate în ceea ce priveşte indicatorul de calitate CCO-Cr

Acestea sunt urmate de judeţul Vaslui cu: GOSCOM Huşi, GOSCOM Vaslui, GOSCOM Spătar Angheluţă, R.A.G.C.L. - iaz retenţie şi R.A.G.C.L. Termica, însă cu un ordin de mărime mai mic. În judeţul Galaţi, din cele două staţii de epurare analizate la nici una nu au rezultat valori ale impactului de mediu peste valoarea de referinţă avută în vedere.

3.3.2. Evaluarea impactului de mediu indus de municipalităţile din bazinul hidrografic Prut

Tabel 3.5. Evoluţia clasei de calitate a tronsoanelor de râu aferente municipalităţilor evaluate pe perioada studiată


crt. Judeţ Staţia de epurare Râul receptor 2004 2005 2006 2007

1 Primăria Dângeni Jijia IV IV III 2 Primăria Flămânzi Miletin IV IV IV IV 3 Primăria Mihai Eminescu Dresleuca II II III IV 4 Primăria Ripiceni Prut II II II II 5 Primăria Truşeşti Jijia IV IV III III 6 Tabăra de copii Agafton Băiceni IV IV III IV

7

Bot

oşan

i

Centrul de plasament "Speranţa", Pomârla Pârâul lui Martin IV IV III III

8 Primăria Murgeni Elan III III III III 9 Primăria Codăieşti Rediu IV IV III IV 10

Vaslui Consiliul local Negreşti Bârlad III III II II

11 Colegiul naţional de agricultură şi economie

Bârlad IV IV IV IV

12 Consiliul Local Iveşti Bârlad III III IV IV 13 Consiliul local Schela Lozova IV IV IV IV 14 Primăria Bereşti Chineja V V IV IV 15 Primăria Cudalbi Geru V V IV V 16

Galaţi

Primăria Tg. Bujor Chineja III III IV IV

În privinţa indicatorului de calitate amoniu NH4+, toţi agenţii înregistrează depăşiri ale concentraţiei

de la valoarea CMA, după cum reiese din analiza Figurii 3.9. cu rezultatele evaluării impacturilor de mediu induse de municipalităţi in privinţa acestui poluant, dar cu debite ce respectă valorile maxim impuse la deversare, diferenţ făcându-se în momentul în care se acordă atenţie şi gradului de vulnerabilitate a râului receptor (Tabel 3.4.).

12

municipalitati (NH4+)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

ref 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Botosani Vaslui Galati

Impa

ct d

e m

ediu

(IM

)

-1

1

3

5

7

9

11

13

15

17

Mag

nitu

dine

(Gra

vita

te)

IMMG

Figura 3.9. Impacturile de mediu induse de municipalităţile studiate în ceea ce priveşte indicatorul de calitate NH4+

municipalitati (detergenti)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

ref 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Botosani Vaslui Galati

Impa

ct d

e m

ediu

(IM

)

0

1

2

3

4

5

Mag

nitu

dine

(Gra

vita

te)

IMMG

Figura 3.11. Impacturile de mediu induse de municipalităţile studiate în ceea ce priveşte indicatorul de calitate detergenţi

Rezultatele (Figura 3.11.) privind evaluarea impactului indus de descărcările de detergenţi din apele

uzate provenind de la municipaliăţi evidenţiază importanţa includerii în cadrul evaluării impactului de mediu indus de o activitate, şi a gradului de poluare a componentei de mediu receptoare, dar şi a decalajului faţă de starea ideală în ceea ce priveşte debitul de apă uzată deversat (magnitudine). 3.3.3. Evaluarea impactului de mediu indus de activităţile industriale din bazinul hidrografic Prut

Agenţii industriali supuşi studiilor de impact şi risc din cadrul bazinului hidrografic Prut sunt redaţi

în Tabelul 3.6. alături de tronsonul de râu afectat de fiecare agent poluator şi de o situaţie a evoluţiei clasei de calitate a râului respectiv în perioada analizată (anii 2004-2007).

Tabel 3.6. Evoluţia clasei de calitate a tronsoanelor de râu aferente industriilor evaluate pe perioada studiată


crt. Judeţ Surse de poluare Profilul activităţii Râul receptor 2004 2005 2006 2007

1 SC Ceramica SA Dorohoi Fabricare materiale de construcţii Jijia V V III IV

2 Regia Naţională a Pădurilor Cotu (atelier)

Fabricarea şi prelucrarea lemnului Miletin IV IV

3 Regia Naţională a Pădurilor Truşeşti (atelier)

Fabricarea şi prelucrarea lemnului Jijia IV IV

4

Bot

oşan

i

SC STIPO SA Dorohoi Fabricarea sticlei Jijia V V

http://www.rosilva.ro/

http://www.rosilva.ro/

13


crt. Judeţ Surse de poluare Profilul activităţii Râul receptor 2004 2005 2006 2007

5 SC MINDO Dorohoi Extracţia pietrişului şi nisipului Băşeu III III III IV

6 SNP"PETROM"-Depozit Botoşani Depozit deşeuri petroliere Luizoaia IV IV III

7 SNP"PETROM"-Depozit Dorohoi Depozit deşeuri petroliere Jijia V V

8 Federalcoop Truşeşti Activitate comercială Jijia IV IV III III 9 Consumcoop Botoşani Activitate comercială Băiceni IV IV III III 10 Federalcoop Botoşani Activitate comercială Dresleuca V V III 11 SC Prodalex SA Producător de textile Bahlui IV IV IV 12 SC Eurotex Company Producător de textile Bahlui IV IV IV IV 13 SC Cotnari SA Producător de vinuri Bahlui IV IV 14 SC Antibiotice SA 1 Bahlui V V V V 15 SC Antibiotice SA 2

Producător de medicamente Bahlui V V V V

16 SC Spiroca Producător de materiale de construcţii Bahlui V V V V

17 SC Fortus SA Producător de utilaj greu Nicolina V V

18 SC CET II Centrală electrică de termoficare Bahlui V V

19 SC Somaco SA Producător de materiale de construcţii Bahlui V V

20 Prime Proprietăţi Firma de imobiliare Bahlui V 21 Selgros Hipermarket Nicolina V 22 Pneu Service Vanzări şi service auto Bogonos V

23 Casa Auto Centru de vânzări şi service auto Lupul V

24 Sandra Trading Centru de vânzări şi service auto Bogonos V

25 Caremil Impex Dealer Dacia autorizat Bahlui

26 Sermecom Centru de vânzări şi service auto Lupul V

27 Europa Expres Producător de hartie Bahlui V 28

Iaşi

Cordial Procesare şi prelucrare peşte Lupul V 29 SC Mihoc SRL Craieşti Producător băuturi alcoolice Fundătura IV IV III III 30 Rulmenţi SA Barlad 1 Industria rulmenţilor Simila IV IV IV IV 31 Rulmenţi SA Barlad 2 Industria rulmenţilor Bârlad IV IV IV IV 32 S.C. Giani Armături SRL Prelucrarea cărnii Bârlad III III 33

Vas

lui

SC Frăţia SRL Simila Producător oţet Simila IV IV IV 34 SC Petromservice SA Brăila Industria petrolului Lozova IV V 35 SC Mittal Steel SA 1 Industria metalurgică Mălina III III III III 36 SC Mittal Steel SA 2 Industria metalurgică Cătuşa III III III III 37 SC SPIRT Ghidigeni SA Producător băuturi alcoolice Bârlad III III 38

Gal

aţi

SNP Petrom Braila Extracţia petrolului Lozova V V IV V

Din analiza rezultatelor privind evaluarea impactului de mediu indus de agentii industriali prezentaţi în Tabelul 3.5. pentru indicatorii de calitate CBO5 si CCO-Cr (Figura 3.12. si 3.13.) se remarcă cateva exemple reprezentative de surse de poluare pentru care, în cadrul valorii impactului de mediu, decisive au fost atât clasa de calitate a râului receptor cât şi valoarea magnitudinii (depărtarea valorii debitului deversat de la limita permisă de legislaţie).

14

agenti industriali (CBO5)

0

1

2

3

4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38


Impa

ct d

e m

ediu

(IM

)

02468101214

Mag

nitu

dine

(Gra

vita

te)

IMMG

ref

Figura 3.12. Impacturile de mediu induse de agenţii industriali studiaţi în ceea ce priveşte indicatorul de calitate CBO5

În privinţa depăşirilor valorii CMA pentru detergenţi din efluentii deversaţi de agenţii industriali în bazinul hidrografic Prut, impacturile de mediu au înregistrat valori peste limita de referinţă cu precadere în judeţul Iaşi.

agenti industriali (CCO-Cr)

0

1

2

3

4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38


Impa

ct d

e m

ediu

(IM

)

02468101214

Mag

nitu

dine

(Gra

vita

te)

IMM

G

ref

Figura 3.13. Impacturile de mediu induse de agentii industriali studiati in ceea ce priveste indicatorul de calitate CCO-Cr

Judeţele Botoşani şi Vaslui înregistrează câte un singur agent poluator ce depăşeşte valoarea de referinţă, iar în judeţul Galaţi nu se remarcă impacturi de mediu semnificative privind concentraţia detergenţilor în efluenţii deversaţi de cele 5 surse de poluare evaluate (Cojocariu şi colab., 2011a).

agenti industriali (detergenti)

0

1

2

3

4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33


Impa

ct d

e m

ediu

(IM

)

0

2

4

6

8

10

12

Mag

nitu

dine

(Gra

vita

te)

IM

M

G

ref

Figura 3.16. Impacturile de mediu induse de agenţii industriali studiaţi in ceea ce priveşte indicatorul de calitate detergenţi

3.3.4. Evaluarea impactului de mediu indus de activităţile agricole/zootehnice din bazinul hidrografic Prut

Sursele de poluare cu specific agro-zootehnic din bazinul hidrografic Prut şi care au fost evaluate în cadrul cuantificării integrate a impactului şi riscului de mediu în prezenta teză de doctorat sunt în număr redus, acest fapt datorându-se modului necentralizat în care se practică agricultura (activităţile zootehnice), caracterului difuz specific acestor surse de poluare şi implicit lipsei de date de monitorizare existente în cadrul Administratiei Bazinale de Apă Prut. În Tabelul 3.7. sunt redate sursele de poluare supuse metodei

15

integrate de evaluare a impactului şi riscului de mediu şi se observă că predominante sunt activităţile de viticultură, creşterea păsărilor şi prelucrarea cărnii.

Tabel 3.7. Evoluţia clasei de calitate a tronsoanelor de rau aferente activităţile agricole/zootehnice evaluate pe perioada studiată


crt. Judeţ Surse de poluare Profilul activităţii Râu receptor 2004 2005 2006 2007

1 SC Nadim SRL Dorohoi Abator Jijia V V 2 SC Ancal SRL Botosani Abator Cotargaci II II III IV 3

Botoşani SC Gemar SRL Abator Burla II II

4 SC Avitop SA Abator Bahlui V V V V

5 Iaşi Agrocom Strunga Cresterea pasarilor, procesarea carnii Bahna V V V V

6 Vaslui SC Agrovinprod SRL Berezeni

Viticultura si productia de vinuri Musata II II

7 Vincon Ghidigeni Viticultura si productia de vinuri Barlad II

8 Galaţi

Agromec Berheci Cultivare cereale si leguminoase Berheci III III IV IV

Impactul de mediu cel mai pronuntat s-a obtinut pentru agentul poluator Agrocom Strunga care deversează un debit de apă uzată ce depaşeşte debitul maxim permis cu o concentraţie peste valoarea CMA, într-un tronson de râu deja foarte afectat şi situat în clasa V de calitate, conform clasificării WFD.

activitiati agro-zootehnice (CBO5)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

ref 1 2 3 4 5 6 7 8


Impa

ct d

e m

ediu

(IM

)

0

2

4

6

8

10

12

Mag

nitu

dine

(Gra

vita

te)

IMMG

IM = 151

Figura 3.17. Impacturile de mediu induse de activităţile agro-zootehnice studiate în ceea ce priveşte indicatorul de calitate CBO5

activitiati agro-zootehnice (NH4+)

0

1

2

3

4

5

6

ref 1 2 3 4 5 6 7 8


Impa

ct d

e m

ediu

(IM

)

0

5

10

15

20

25

Mag

nitu

dine

(Gra

vita

te)

IMMG

IM = 14,4

Figura 3.19. Impacturile de mediu induse de activităţile agro-zootehnice studiate în ceea ce priveşte indicatorul de calitate NH4

+

16

3.3.5. Evaluarea impactului de mediu indus de servicii/alte activităţi din bazinul hidrografic Prut

În Tabelul 3.8. sunt redate serviciile supuse metodei integrate de evaluare a impactului si riscului de mediu alături de sectoarele de râu receptoare şi totodată evoluţia clasei de calitate a râului.

Tabel 3.8. Evoluţia clasei de calitate a tronsoanelor de râu aferente serviciilor evaluate pe perioada studiată


crt. Judeţ Surse de poluare Râu receptor 2004 2005 2006 2007

1 SC Termica SA 1 (distributie energie termica si apa calda) Dresleuca II II III IV

2 SC Termica SA 2 (distributie energie termica si apa calda)

Luizoaia II II III IV

3 Depoul CFR Buhai III V III IV 4 SC Transport-Mixt SA Jijia V II III 5 ALDP I.A.S.I. Botosani Luizoaia II IV III III

6 AISEE (distributie energie electrica)

Jijia IV IV III IV

7

Bot

osan

i

SC Urban Serv SA Teascu IV IV III IV 8 RATC Rediu V V V V 9

Iasi Statia CFR Jijia III III V V

10 Vama Albita Prut III III II II 11 Unitate militara Bacesti Barlad III III IV IV 12

Vaslui Laborator veterinar Barlad Barlad III III IV IV

13 Jandarmeria Tecuci (UM 0527) Barlad IV IV IV IV 14

Galati Directia Regionala Vamala Galati Prut II II

În Figura 3.26. se observă impacturile de mediu induse de serviciile studiate în ceea ce priveşte încărcările în detergenţi (Cojocariu şi colab., 2011a). Se constată existenţa unui singur agent poluator (unitatea militară din judeţul Vaslui) cu impact de mediu semnificativ atât datorita depăşirilor de concentraţie a detergenţilor cât şi a debitului de apă uzată la deversarea într-un tronson de râu situat în clasa III de calitate în primii doi ani din perioada evaluată, urmând ca în următorii doi ani calitatea apei râului de pe tronsonul repectiv să se deprecieze (clasa IV).

Servicii (detergenti)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

REF 3 4 5 7 8 9 10 11 12 13 14


Impa

ct d

e m

ediu

(IM

)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5M

agni

tudi

ne (G

ravi

tate

)IMMG

Figura 3.26. Impacturile de mediu induse de serviciile studiate în ceea ce priveşte indicatorul de calitate detergenţi

3.3.6. Evaluarea integrată a impactului şi riscului de mediu indus de sursele de poluare punctiforme din bazinul hidrografic Prut în cee ce priveşte indicatori de calitate studiaţi

Figurile 3.27.-3.31. redau distribuţiile diferitelor categorii de activităţi la impactul şi riscul de mediu pentru cei 5 indicatori luaţi în studiu.

17

Rezultatele arată faptul că pentru indicatorul CBO5, de exemplu, unde s-a observat că există depăşiri semnificative ale impacturilor şi riscurilor de referinţă, pentru judeţul Botoşani, contribuţia majoră o prezintă poluatorii industriali, în timp ce în judeţul Iaşi, agenţii agroindustriali prezintă cel mai ridicat impact.

CBO5

0%

20%

40%

60%

80%

100%

IM RM IM RM IM RM IM RM


statii de epurare municipalitati industrie agro/zootehnie servicii

Figura 3.27. Contribuţiile procentuale ale diferitelor categorii de activităţi la impactul şi riscul de mediu induse în ceea ce priveşte indicatorul de calitate CBO5

CCO-Cr

0%

20%

40%

60%

80%

100%




Figura 3.28. Contribuţiile procentuale ale diferitelor categorii de activităţi la impactul şi riscul de mediu induse în ceea ce priveşte indicatorul de calitate CCO-Cr

MTS

0%

20%

40%

60%

80%

100%




Figura 3.29. Contribuţiile procentuale ale diferitelor categorii de activităţi la impactul şi riscul de mediu induse în ceea ce priveşte indicatorul de calitate MTS

18

NH4+

0%

20%

40%

60%

80%

100%




Figura 3.30. Contribuţiile procentuale ale diferitelor categorii de activităţi la impactul şi riscul de mediu induse în ceea ce priveşte indicatorul de calitate NH4

+

Astfel se poate observa faptul că utilizand metoda EIRA este posibilă ierarhizarea poluatorilor, identificarea zonelor de impact şi risc („hotspots”), astfel încât să fie posibilă prioritizarea unui plan de măsuri.

detergenti

0%

20%

40%

60%

80%

100%




Figura 3.31. Contribuţiile procentuale ale diferitelor categorii de activităţi la impactul şi riscul de mediu induse în ceea ce priveşte indicatorul de calitate detergenţi

3.3.10. Evaluarea integrată a impactului şi riscului de mediu globale indus de sursele de poluare punctiformă din bazinul hidrografic Prut în cee ce priveşte indicatorii de calitate studiaţi

O situaţie de ansamblu cu privire la dimensiunea globală a impactului şi riscului de mediu (Figura 3.32.) pe care o are fiecare tip de activitate pe tipuri de poluanţi relevă în primul rând, faptul că aproape toate categoriile de activităţi depăşesc pentru aproape toţi poluanţii, valoarea de referinţă a impactului şi riscului, cu foarte puţine excepţii: - pentru indicatorul deteregenţi: municipalităţi şi servicii; - pentru indicatorii MTS, CBO5 şi CCO-Cr: municipalităţi.

19

02468

101214161820

IM RM IM RM IM RM IM RM IM RM IM RM

referinta Detergenti NH4+ MTS CBO5 CCO-Cr

IM (R

M)

statii de epurare

municipalitati

industrie

agro-zootehnie

servicii

Figura 3.32. Valorile globale ale impactului (IM) şi riscului de mediu (RM) pe categorii de activităţi şi pe poluanţii evaluaţi

Capitolul 4. Modelarea calităţii apei în bazinul hidrografic al râului Bahlui

În acest capitol s-a urmărit dezvoltarea şi calibrarea unui model de calitate a apei privind regimul CBO5 pentru râul Bahlui, localizat în bazinul hidrografic Prut şi utilizarea acestui model ca instrument de simulare în studiul diverselor scenarii privind opţiunile de management al apelor uzate în lungul râului Bahlui. Această abordare este motivată de complexitatea cauzelor ce conduc la calitatea slabă a resurselor de apă în râul Bahlui şi de necesitatea investigării gradului de atingere a obiectivelor Directivei Cadru a Apei prin implementarea măsurilor propuse. Indicatorul CBO5 a fost ales în cadrul modelului de calitate a apei din următoarele motive: reprezintă unul din cei mai importanţi indicatori ai prezenţei într-un corp de apă a poluanţilor organici biodegradabili provenind din surse naturale sau antropice şi totodată este un indicator ce poate fi uşor conectat cu starea ecologică a unui râu.

4.1. Software-ul Sobek de simulare a regimului hidrodinamic şi de calitate a apei

Modelele hidrodinamic şi de calitate a apei utilizate în studiile de modelare au fost construite folosind instrumentul software Sobek, un pachet integrat de 12 module elaborat de Delft Hydraulics în colaborare cu RIZA (Olanda), utilizat în modelările hidraulice, hidrologice şi de calitate multi-dimensionale pentru managementului resurselor de apă (Deltares, 2010). Modulul numeric uni-dimensional de modelare (1DFlow) din cadrul programului Sobek a fost cuplat cu modulul uni-dimensional de calitate a apei (1DWAQ) ce permite modelarea transportului poluanţilor şi a proceselor de transformare ce au loc de-a lungul canalelor şi râurilor cu scurgere liberă.

4.1.1. Principii şi ecuaţii de calcul

a. Modelul hidrodinamic Modelul rezolva ecuaţia de advecţie-difuzie în combinaţie cu ecuaţia de continuitate (ecuaţiile Saint

Venant) pe o reţea formată din noduri şi segmente ce descrie geometria râului. Rezultatele sunt verificate pe înregistrări în ani cu regim hidrologic diferit (an ploios – 2005, an secetos - 2007). Debitul de curgere într-o anumită direcţie este descris de două ecuaţii: ecuaţia de moment (ecuaţia 4.1.) şi ecuaţia de continuitate (ecuaţia 4.2.).

Ecuaţia de moment: 2

2 0wif f

f f w

g Q QQ Q hg A Wt x A x C R A q

τ⎛ ⎞ ⋅∂ ∂ ∂+ + ⋅ ⋅ + − =⎜ ⎟⎜ ⎟∂ ∂ ∂ ⋅ ⋅⎝ ⎠ (4.1.)

20

unde: Q - debit [m3/s] t - timp [s] Af - suprafaţa udată [m2] x - distanţa [m] g - acceleraţia gravitatională [m/s2] (=9.81) Q - debit [m3/s] C - coeficientul Chézy [m½/s] R - raza hidraulică [m] Af - suprafaţa udată [m2]

Ecuaţia de continuitate:

flat

A Q qt x

∂ ∂+ =

∂ ∂ (4.2.) unde: Af - suprafaţa udată qlat - debitul lateral pe unitatea de lungime [m2/s] Q - debit [m3/s] t - timp [s] x - distanţa [m].

Modelul hidrodinamic necesită o reţea schematizată a zonei de studiu reprezentată de o reţea ce defineşte şi calculează condiţiile hidrodinamice (nivelul apei şi debit) rezolvând ecuaţiile Saint Venant (ecuaţia de moment şi ecuaţia de conservare a masei). Această reţea cuprinde segmente conectate între ele prin noduri ce definesc punctele numerice spaţiale în care ecuaţiile Saint Venant urmează a fi rezolvate prin rularea modelului. Datele legate de nivele de apă se introduc în nodurile de calcul şi cele legate de debite se descriu pe segmentele de râu (Deltares, 2010).

Pe baza unei hărţi GIS s-a construit o reţea ce reprezintă geometria râului studiat utilizându-se datele hidrologice şi hidrometrice cunoscute de pe râul Bahlui, acumularea Tansa şi o mică porţiune din râul Jijia, în care se varsă râul Bahlui. Reţeaua totalizează un număr de 93 puncte de calcul (noduri) echidistante, cu o distanţă între ele ce reprezintă 1000 metri în teren. Punctelor asociate staţiilor hidrologice pentru care se cunosc date, li s-a adaugat cate un punct ce descrie secţiunea transversală a râului din acel loc. Au fost descrise 10 secţiuni transversale prin date descriptive ale regimului hidrologic şi hidrodinamic, al profilului secţiunilor transversale (nivelul apei, cota de teren, forma profil secţional, panta medie a terenului). Deoarece software-ul Sobek utilizează un bilanţ de apă închis şi datorită faptului că râul Bahlui are o serie de afluenţi nepermanenţi pentru care nu se cunosc date descriptive, s-a recurs la utilizarea de 2 debite laterale „fictive” („fictive lateral flows”) ce înglobează contibuţia debitelor acestor afluenţi, reducându-se erorile de calcul dintre datele de modelare introduse şi cele calculate de soft. Aceste debite „fictive” au fost amplasate în punctele semnificative dintre staţiile hidrometrice unde se cunosc date legate de debite, după cum se poate vedea si în Figura 4.4. Astfel, primul debit „fictiv” a fost poziţionat astfel încât să însumeze contribuţia râului Bahlueţ, râu ce se varsă în râul Bahlui în zona oraşului Podu Iloaiei. Al doilea debit „fictiv” reprezintă contribuţia cumulată a afluenţilor Bogonos, Voineşti, Lupul, Cacaina, Ciric, Chiriţa şi Orzeni care se varsă în râul Bahlui în jurul localităţii Iaşi.

b. Modelul de calitate al apei Modelul de calitate al apei calculează concentraţia în spaţiu şi timp prin rezolvarea ecuaţiei de advecţie-difuzie (ecuatia 4.3.):

( , )x xC CD U C S C tt x x

∂ ∂ ∂⎛ ⎞= − ⋅ +⎜ ⎟∂ ∂ ∂⎝ ⎠ (4.3.)

unde:

21

C - concentraţia poluantului [g/m3] Dx - coeficientul de dispersie longitudinal [m2/s] S - o sursă de substanţă [g/m3/s] t - timp [s] Ux - viteza longitudinală [m/s] x - distanţa [m].

Cuplarea modelelor hidrodinamic şi de calitate a apei se realizează prin intermediul termenilor dispersie şi viteză din ecuaţia de advecţie-difuzie calculaţi de modelul hidrodinamic (ec. 4.1. si 4.4.). Ultimul termen din ecuaţie descrie procesele specifice de transformare a poluantului care în cazul de faţă sunt descompunerea CBO5 şi sedimentarea. Modelul de calitate a apei utilizează ca date de intrare, datele hidrodinamice calculate de modelul hidrodinamic şi concentraţiile debitelor laterale, pe baza cărora, calculează concentraţiile pe fiecare segment al râului şi pentru fiecare timp de măsurare.

Figura 4.4. Reţeaua Sobek ce simulează râul Bahlui şi agenţii poluatori luaţi în studiu

S-a utilizat un număr de 17 surse de poluare punctiformă (prezentate în Tabelul 4.2.). În Tabelul

4.2. sunt redaţi agenţii poluatori analizaţi împreună cu datele hidrometrice corespunzătoare, cu caracteristicile staţiei de epurare aferente şi totodată cu condiţiile la limită ale sistemului analizat (aval Pârcovaci – limita amonte şi Holboca – limita aval).

Tabel 4.2. Descarcarile de ape uzate in raul Bahlui

(in ordinea amonte → aval in care deverseaza debite de apa uzata in sistemul analizat)Concentraţie CBO5 (mg/l) Date hidrometrice

Nr.

Surse de poluare

Treapta de

epurare

Domeniu de valori

Valoarea medie (mg/l)

Frecvenţa datelor (nr/an)

Debitul mediu (m3/s)

Localizare (altitudine aprox., m)

Distanţa de la confluenţă

(km) Aval Pârcovaci (440) 90 1

Staţia de epurare Hârlău

M+B* 12 ÷ 273 46,53 22 0,012 Hârlău (440) 82

2 Agent producător de vinuri M+C 40,8 ÷ 2,295 118,5 12 0,003 Cotnari (196) 74 3

Staţia de epurare Belceşti

M+B 23,3 ÷ 251 77,58 24 0,004 Belceşti (190) 62

4 Staţia de epurare Pd.Iloaiei

M+B 33,7 ÷ 178 86,59 24 0,008

5 Agent producător de articole M+B 11 ÷ 39 23,48 5 0,002

Podu Iloaiei

41

22

Concentraţie CBO5 (mg/l) Date hidrometrice Nr.

Surse de poluare

Treapta de

epurare

Domeniu de valori

Valoarea medie (mg/l)

Frecvenţa datelor (nr/an)

Debitul mediu (m3/s)

Localizare (altitudine aprox., m)

Distanţa de la confluenţă

(km) de îmbrăcăminte

6

Producător morărit, panificaţie şi patiserie

M 39 ÷ 177 59,48 4 0,005 (180)

7 Spital 1 M 160 ÷ 543 241,23 4 0,002 8 Spital 2 M 37 ÷ 481 168,52 4 0,001 9 Regie autonomă de transport

în comun M 5,6 ÷ 25,3 17,01 4 0,0006

10 Agent producător de medicamente generice

M+B 7,6 ÷ 104 36,84 14 0,002

11 Agent producător de utilaj metalurgic

2,3 ÷ 13,8 10,54 4 0,002

12 Centrala electrică de termoficare (CET)

M 8,2 ÷10,7 9,36 4 0,002

13 Producător de materiale de construcţii 1

M

14 ÷ 94 39,49 4 0,001

14 Producător de materiale de construcţii 2

M

11 ÷ 35,4 29,84 5 0,002

15 Hypermarket M 10,2 ÷ 173 152,68 3 0,0002 16 Producător avicultura M 9 ÷ 25 19,46 4 0,0004 17 Staţia de epurare Iaşi M+B 15,9 ÷54,7 26,65 46 1,8

Iaşi (165)

12

Holboca Holboca (30) 0

Aceste surse de poluare au fost modelate ca şi serii în timp a debitului de apă uzată ce îl deversează, cu concetraţiile cunoscute ale poluantului variind în timp.

4.2. Calibrarea modelului

Pentru a putea utiliza modelul integrat hidrodinamic şi de calitate a apei în studiile de simulare a calităţii apei râului Bahlui acest model trebuie calibrat astfel încât diferenţa dintre datele măsurate (debite, respectiv concentraţii CBO5) şi cele modelate să fie cât mai mici.

4.2.1. Calibrarea modelului hidrodinamic

În studiile de modelare a comportării hidrodinamice a râurilor, calibrarea modelelor de curgere se realizează prin ajustarea unui parametru al regimului de curgere (fie coeficientul de rugozitate Chézy, fie coeficientul Manning).

Harlau hidrograf 2004-2005 (km 82)

0

3

6

9

12

15

18

1.1 1.4 1.7 1.10 1.1 1.4 1.7 1.10perioada de calibrare (2004-2005)

Deb

it, m

3 /s

modelatmasurat

Podu Iloaiei hidrograf 2004-2005 (km 41)

0

3

6

9


Deb

it, m

3/s

modelatmasurat

23

Iasi hidrograf 2004-2005 (km 21)

0

10

20

30

40

50


Deb

it, m

3/s

modelatmasurat

`

Holboca hidrograf 2004-2005 (km 0)

0

10

20

30

40

50


Deb

it, m

3/s

modelatmasurat

Figura 4.1. Calibrarea hidrologică în secţiunile de monitorizare

Deoarece programul Sobek utilizează un bilanţ închis al apei, iar în cazul modelului hidrodinamic al râului Bahlui, nu sunt disponibile date pentru afluenţii temporari ai râului, calibrarea s-a realizat prin definirea şi ajustarea debitelor celor două intrări fictive în sistem. Confruntarea modelului hidrodinamic cu datele de debit măsurate s-a realizat pentru 4 locaţii de referinţă, unde se cunosc datele de măsurare a nivelurilor şi debitelor. Figura 4.1. prezintă variaţia debitelor măsurat şi modelat în cele patru locaţii avute în vedere, în decursul perioadei de calibrare (Bârjoveanu şi colab., 2011, under review).

Se observă că datele modelate urmăresc fidel datele măsurate, aşadar modelul prezintă o bună concordanţă cu datele măsurate, după cum reiese şi din valorile coeficientului de corelaţie (R) de 0,744 ÷ 0,952 prezentate în Tabelul 4.4., împreună cu ceilalţi parametri statistici ce descriu deasemenea, concordanţa dintre modelul hidrodinamic şi valorile observate (măsurate): coeficientul de determinare, R2 şi deviaţia standard, SD.

Tabel 4.4. Rezultatele calibrării modelului hidodinamic al râului Bahlui

Locaţia Coeficient de corelaţie (R)

Coeficient de determinare (R2)

Deviaţia standard (SD)

Harlau (82 km) 0,892 0,796 1,079 Podu Iloaiei (41 km) 0,744 0,553 1,529 Iasi (12 km) 0,918 0,843 5,004 Holboca (0 km) 0,952 0,908 14,70

Pentru a demonstra relevanţa debitelor fictive (FLF) utilizate în calibrarea modelului, s-a propus o comparaţie între cele două simulări (scenariul propus în contextul prezenţei debitelor laterale fictive şi simularea aceleiaşi situaţii în lipsa acestor debite fictive). Rezultatele simulărilor în cele patru secţiuni de monitorizare sunt redate în Figurile 4.3.-4.4.

Podu Iloaiei

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1.1 10.4 19.7 27.10 4.2 15.5 23.8 1.12

2004-2005

Q, m

3 /s

cu FLFfara FLFmasurat

Figura 4.3. Simulările cu şi fără debitele fictive raportate la datele măsurate în secţiunea de monitorizare Podu Iloaiei

24

Iasi

0

10

20

30

40

50

1.1 10.4 19.7 27.10 4.2 15.5 23.8 1.122004-2005

Q, m

3 /s


Figura 4.4. Simulările cu şi fără debitele fictive raportate la datele măsurate în secţiunea de monitorizare Iaşi

Prin compararea celor două scenarii cu situaţia de referinţă (datele masurate şi înregistrate pe anii 2004 - 2005) în celelalte trei locaţii, reiese în mod evident necesitatea utilizării acestor debite la calibrarea modelului în scopul unor modelări realiste şi a acurateţii simulărilor.

4.2.2. Calibrarea modelului de calitate a apei

Spre deosebire de modelul hidrodinamic, calibrarea modelului de calitate a apei este mult mai dificilă, acurateţea modelului de calitate fiind afectată de următoarele incertitudini: 1) Complexitatea fenomenelor fizico-chimice concurente ce afectează regimul CBO5 din râu

Într-o anumită secţiune de curgere, concentraţia CBO5 este calculată ca un bilanţ de procese concurente: productive (intrări de CBO5 prin fenomene de transport, dezvoltare algală, degradare material biologic, resuspensie), respectiv degradative (oxidare, mineralizare, sedimentare), toate acestea fiind dificil de modelat matematic, utilizând parametri specifici, pe de o parte, datorită lipsei de date, iar pe de altă parte, datorită variabilităţii lor în timp şi spatiu. 2) Incertitudini generate de disponibilitatea datelor La modelarea regimului CBO5, pachetul Sobek cuplează modelul hidrodinamic cu cel de calitate a apei, condiţia minimală fiind ca seriile de date de intrare să aibă aceeaşi frecvenţă de măsurare. Dacă pentru datele de intrare ale modelului hidrodinamic, frecvenţa de măsurare a fost zilnică, pentru datele de calitate, frecvenţa de monitorizare variază în limite foarte largi, atât pentru calitatea râului cât şi pentru calitatea efluenţilor deversaţi.

Calibrare CBO5 (Harlau km 82)

0

20

40

60

80

100

120

140

1/1 10/4 19/7 27/10 4/2 15/5 23/8 1/12

perioada de calibrare (2004-2005)

CB

O5,

mg/

l

modelat R= - 0,035masurat

Calibrare CBO5 (Podu Iloaiei km 41)

0

10

20

30

40

50

1/1 10/4 19/7 27/10 4/2 15/5 23/8 1/12


CB

O5,

mg/

l

masuratmodelat R=0,679

25

Calibrare CBO5 (Iasi km 21)

0

15

30

45

60

75

90

1/1 10/4 19/7 27/10 4/2 15/5 23/8 1/12


CB

O5,

mg/

lmasuratmodelat R=0,596

Calibrare CBO5 (Holboca km 10)

0

10

20

30

40

50

60

70

1/1 10/4 19/7 27/10 4/2 15/5 23/8 1/12


CB

O5,

mg/

l

masuratmodelat R=0,710

Figura 4.6. Calibrarea modelului de calitate a apei în secţiunile de monitorizare

Din Figura 4.6. se poate observa că modelul de calitate a apei prezintă o tendinţă generală de concordanţă între datele măsurate pe râu şi datele modelate, însă cu variaţii mai mari decât în cazul modelului hidrodinamic.

Concentraţiile de CBO5 asociate acestor debite fictive au fost aproximate cu concentraţiile medii multianuale din secţiunile de monitorizare corespunzătoare celor două debite fictive, ca în Tabelul 4.5.

Tabel 4.5. Valorile debitelor laterale fictive şi a calităţii apei aferente lor raportat la situaţia existentă pe râu Debitul

mediu lateral fictiv

Debitul mediu măsurat al

râului

Concentraţia medie CBO5 a debitului

lateral fictiv

Concentraţia medie CBO5 măsurată a râului (2004-2007)

Debit lateral fictiv

Secţiunea de monitorizare

m3/s mg/L 1 Podu Iloaiei 0,94 0,058 19,03 18,72 2 Iasi 2,91 0.45 24.20 16,75

Ca şi în cazul calibrării modelului hidrodinamic, pentru a demonstra relevanţa debitelor laterale fictive utilizate în calibrarea modelului şi mai ales a modului de asociere a datelor de calitate a apei, acestor debite, s-a propus aceeaşi comparaţie între cele două rulări ale modelului (simularea propusă în contextul prezenţei debitelor laterale fictive şi simularea aceleiaşi situaţii în lipsa acestor debite ficitve). În Figurile 4.9.-4.10. sunt redate rezultatele acestor simulări.

Iasi

0

20

40

60

80

100

120

1.1 10.4 19.7 27.10 4.2 15.5 23.8 1.12

2004-2005

CB

O5,

mg/

l

masuratcu FLFfara FLF

Figura 4.9. Simulările aceluiaşi scenariu (cu şi fără debitele fictive) raportate la datele măsurate în secţiunea de monitorizare Iaşi

26

Holboca

010

2030

4050

6070

8090

100

1.1 10.4 19.7 27.10 4.2 15.5 23.8 1.122004-2005

CB

O5,

mg/

l


Figura 4.10. Simulările aceluiaşi scenariu (cu şi fără debitele fictive) raportate la datele măsurate în secţiunea de monitorizare

Holboca

Prin compararea celor două scenarii cu situaţia de referinţă (datele măsurate şi înregistrate pe anii 2004 - 2005) în celelalte trei locaţii, reiese în mod evident fiabilitatea acestor debite folosite la calibrarea modelului în scopul unor modelări realiste şi al acurateţii simulărilor. Acest fapt reiese şi prin compararea valorilor coeficienţilor statisitici, calculaţi pentru cele două situaţii, şi redaţi în Tabelul 4.6 (Bârjoveanu şi colab., 2011, under review).

Tabel 4.6. Situaţie comparativă a coeficienţilor stastistici aferenţi simulărilor cu şi fără FLF

Staţia de monitorizare Coeficient de corelaţie (R)

Coeficient de determinare (R2)

Deviaţia standard (SD)

fără FLF -0,035 0,001 11,764 Hârlău (82 km) cu FLF -0,035 0,001 11,765 fără FLF 0,235 0,055 18,686 Podu Iloaiei (41 km) cu FLF 0,679 0,461 7,587 fără FLF 0,377 0,142 12,382 Iaşi (12 km) cu FLF 0,596 0,355 9,787 fără FLF 0,398 0,504 11,486 Holboca (0 km) cu FLF 0,710 1,159 9,288

4.3. Validarea modelului

4.3.1. Validarea modelului hidrodinamic

Validarea modelului presupune verificarea sa în condiţiile calibrării realizate anterior pe o perioadă diferită de timp şi verificarea fidelităţii cu care modelul simulează situaţia reală din perioada de verificare. Astfel, s-au menţinut debitele fictive ce au servit la calibrarea modelului pe perioada anilor 2004-2005 şi s-a studiat comportarea modelului pe perioada anilor 2006-2007. În Figurile 4.11. - 4.13. este redată grafic validarea modelului hidrologic cu cele 2 situaţii modelate alături de referinţa considerată, în 3 staţii de monitorizare avute în vedere.

27

Podu Iloaiei hidrograf 2006-2007 (km 41)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1/1 2/20 4/11 5/31 7/20 9/8 10/28 12/17 2/5 3/27 5/16 7/5 8/24 10/13 12/2

perioada de validare (2006-2007)

Deb

it, m

3 /s

modelat cu FLFmasuratmodelat fara FLF

Figura 4.11. Validarea modelului hidrodinamic în staţia de monitorizare Podu Iloaiei

Iasi hidrograf 2006-2007 (km 21)

0

5

10

15

20

25

1/1 2/20 4/11 5/31 7/20 9/8 10/28 12/17 2/5 3/27 5/16 7/5 8/24 10/13 12/2


Deb

it, m

3 /s


Figura 4.12. Validarea modelului hidrodinamic în staţia de monitorizare Iaşi

Din analiza acestor evoluţii se constată o bună corelare a modelului hidraulic al râului Bahlui cu datele măsurate, fapt evidenţiat şi de coeficienţii statistici redaţi în Tabelul 4.7.

Holboca hidrograf 2006-2007 (km 10)

0

5

10

15

20

25

30

1/1 2/20 4/11 5/31 7/20 9/8 10/28 12/17 2/5 3/27 5/16 7/5 8/24 10/13 12/2


Deb

it, m

3 /s


Figura 4.13. Validarea modelului hidrodinamic în staţia de monitorizare Holboca

28

4.3.2. Validarea modelului de calitate a apei În Figurile 4.14. - 4.16 sunt redate graficele cu validarea modelului hidrologic în cele 3 staţii de

monitorizare considerate, cu cele 2 situaţii modelate alături de referinţa considerată.

Validare CBO5 Podu Iloaiei (km 41)

0

20

40

60

80

100

120

140

1/1 2/20 4/11 5/31 7/20 9/8 10/28 12/17 2/5 3/27 5/16 7/5 8/24 10/13 12/2


CB

O5,

mg/

L

modelat cu FLFmodelat fara FLFmasurat

Figura 4.14. Validarea modelului hidrodinamic în staţia de monitorizare Podu Iloaiei

Validare CBO5 Iasi (km 21)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1/1 2/20 4/11 5/31 7/20 9/8 10/28 12/17 2/5 3/27 5/16 7/5 8/24 10/13 12/2


CB

O5,

mg/

L


Figura 4.15. Validarea modelului hidrodinamic în staţia de monitorizare Iaşi

Validare CBO5 Holboca (km 10 )

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1/1 2/20 4/11 5/31 7/20 9/8 10/28 12/17 2/5 3/27 5/16 7/5 8/24 10/13 12/2


CB

O5,

mg/

L


Figura 4.16. Validarea modelului hidrodinamic în staţia de monitorizare Holboca

29

Din grafice reiese o tendinţă generală de corelare a modelului regimului indicatorului CBO5 pe râul Bahlui cu datele măsurate, fapt evidenţiat şi de coeficienţii statistici redaţi în Tabelul 4.7.

Tabel 4.7. Situaţie comparativă a coeficienţilor stastistici aferenţi perioadei de validare 2006 - 2007 Coeficienţi statistici R R2 SD

cu FLF 0,901 0,812 1,490 Podu Iloaiei (41 km) fără FLF 0,769 0,592 1,160

cu FLF 0,733 0,538 2,890 Iaşi (12 km) fără FLF 0,590 0,348 2,718

cu FLF 0,977 0,404 3,449

HD

Holboca (0 km) fără FLF 0,635 0,956 4,428

cu FLF -0,061 0,004 8,188 Podu Iloaiei (41 km) fără FLF -0,081 0,003 19,36

cu FLF 0,116 0,030 10,111 Iaşi (12 km) fără FLF 0,120 0,014 11,604

cu FLF 0,003 0,006 8,367

WQ

Holboca (0 km) fără FLF -0,041 0,001 10,954

4.4. Scenarii de simulare a diferitelor opţiuni de management

4.4.1. Scenariul 1. Simularea unui an ploios în condiţiile îmbunătăţirii infrastructurii staţiei de epurare Iaşi

În acest scenariu s-a propus simularea situaţiei în care staţia de epurare a oraşului Iaşi şi-ar îmbunătăţi infrastructura şi ar deversa un efluent de ape uzate cu o concentraţie CBO5 în limita maximă admisă de Normativul NTPA 001 (HG 352/2005) (25 mg/L).

Iasi (2005)

0

10

20

30

40

50

i i f m a m i i a s o n d

2005

CB

O5,

mg/

l

0

2

4

6

8

10

12

Q B

ahlu

i, m

3/s

CBO5 simulat CBO5 actual Q Figura 4.17. Rezultatele simulării scenariului propus pentru anul 2005 aferente staţiei hidrometrice Iaşi

30

Holboca (2005)

0

10

20

30

40

50

i i f m a m i i a s o n d2005

CB

O5,

mg/

l

0

10

20

30

40

50

Q B

ahlu

i, m

3 /s

CBO5 simulat CBO5 actual Q

Figura 4.18. Rezultatele simulării scenariului propus pentru anul 2005 aferente staţiei hidrometrice Holboca

Acest scenariu a fost rulat pentru anul 2005, considerat a fi un an ploios datorită fenomenelor hidrologice extreme înregistrate, şi comparat cu situaţia reală din acest an. Rezultatele simulării au fost comparate şi corelate cu debitul măsurat în staţiile hidrometrice Iaşi şi Holboca, acestea fiind staţiile de monitorizare influenţate de condiţiile scenariului propus (Figurile 4.17. - 4.18.).

Din figura 3.18. reiese că în ambele locaţii studiate, prin îmbunătăţirea calităţii efluentului staţiei de epurare Iaşi, s-ar inregistra o foarte uşoara ameliorare a calităţii apei din aval de aceste staţii de monitorizare. O explicaţie a acestui fapt poate fi pusă pe seama neconcordanţei dintre valorile debitelor maxim permise la deversarea în receptorii naturali şi cele existente în râu, deseori debitul de apă uzată deversat de staţiie de epurare depăşind cu mult valorile înregitrate în râu. 4.4.2. Scenariul 2. Simularea unui an secetos în condiţiile îmbunătăţirii infrastructurii staţiei de epurare Iaşi

În acest scenariu s-a propus simularea situaţiei în care staţia de epurare a oraşului Iaşi şi-ar îmbunătăţi infrastructura şi ar deversa un efluent de ape uzate cu o concentraţie constantă de CBO5 (25 mg/L). Acest scenariu a fost rulat pentru anul 2007, considerat a fi un an secetos datorită fenomenlelor de secetă înregistrate şi comparat cu situaţia reală din acest an. Rezultatele simulării au fost comparate şi corelate cu debitul măsurat în staţiile hidrometrice Iaşi (Figura 4.19.) şi respectiv Holboca (Figura 4.20.).

Iasi (2007)

01020304050607080


CBO

5, m

g/l

012345678

Q B

ahlu

i, m

3/s

CBO5 simulat CBO5 actual Q Figura 4.19. Rezultatele simulării scenariului propus pentru anul 2007 aferente staţiei hidrometrice Iaşi

31

Holboca (2007)

0

10

20

30

40

50

60

70

80


CB

O5,

mg/

l

012345678910

Q B

ahlu

i, m

3/s

CBO5 simulat CBO5 actual Q

Figura 4.20. Rezultatele simulării scenariului propus pentru anul 2005 aferente staţiei hidrometrice Holboca

În cazul anului secetos, se constată o îmbunătăţire semnificativă a calităţii efluentului din ambele staţii de monitorizare pentru scenariul propus, raportat la situaţia reală din 2007. Pe de altă parte, se mai constată o corelare între debitul de măsurare pe rău şi concentraţia indicatorului de calitate a apei CBO5 concordanţă sesizată cu un grad de întârziere, surprinsă doar în cazul episodului de inundaţie din a doua parte a perioadei analizate, ceea ce poate fi tradus prin creşterea neaşteptată a concentraţiei indicatorului CBO5 (neaşteptată din cauza creşterii debitului şi a diluţiei) datorită surplusului de aluviuni transportate la viitură.

4.4.3. Scenariul 3. Sistarea activităţii industriei de producere a vinului din Cotnari Scenariul are în vedere sistarea activităţii industriei de producere a vinului din localitatea Cotnari. Acest scenariu a fost rulat pe anul 2005 şi comparat cu situaţia reală privind indicatorul de calitate CBO5 într-un profil longitudinal de concentraţie pe întregul parcurs al sistemului analizat într-o anumită zi. Pe de altă parte profilul longitudinal de concentraţie simulat într-o zi (aleatoriu aleasă) pentru ambele scenarii (Figura 4.22.) a fost raportat la referinţă şi totodată la reglementările legislative privind clasele de calitate Ord. 161/2006).

Profil longitudinal al concentratiei CBO5 in raul Bahlui

0

50

100

150

200

250

94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

segmente de calcul

CB

O5,

mg/

l

20.10.2005Class IClass IIClass IIIClass IVno Cotnari

Upstream

Harlau Lac Tansa

Belcesti Podu Iloaei Iasi

Holboca

Cotnari

Profil longitudinal al concentratiei CBO5 in raul Bahlui

0

20

40

60

80

94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

segmente de calcul

CBO

5, m

g/l

20.10.2005Class IClass IIClass IIIClass IVno Cotnari

Upstream

Harlau Lac Tansa

Belcesti Podu Iloaei Iasi

Holboca

Cotnari

Figura 4.22. Profil longitudinal al concentraţiei CBO5 pe întreg parcursul râului Bahlui (20.10.2005)

32

4.4.4. Scenariul 4. Îmbunătăţirea calităţii efluenţilor deversaţi de industrii, respectiv de staţiile de epurare din sistemul analizat

Scenariul are în vedere situaţia în care toţi agenţii industriali deversează ape uzate cu concentraţia maxim permisă CBO5 (25 mg CBO5/L) în decursul anilor 2006-2007. Analiza rezultatelor acestui scenariu conduce la concluzia că îmbunătăţind calitatea efluenţilor deversaţi de staţiile de epurare nu ar aduce calitatea râului Bahlui în limitele impuse de obiectivele Directivei Cadru a Apei, fapt ce ar constitui un element demn de luat în seamă în propunerea planurilor de măsuri ale autrorităţilor de management de mediu. În Figurile 4.24. – 4.25. sunt redate profilele longitudinale ale dinamicii indicatorului CBO5 în lungul râului Bahlui în două momente diferite ale anului 2007 (ianuarie şi octombrie).

Din analiza Figurilor 4.24. – 4.25. principalele aspecte evidenţiate de aceste scenarii sunt: • Modernizarea staţiilor de epurare municipale (Scenariul 1) nu conduce la îmbunătăţirea semnificativă a calităţii râului Bahlui. • Modernizarea staţiilor de epurare municipale şi industriale (Scenariul 2) poate avea impact pozitiv semnificativ asupra concentraţiei CBO5 din râul Bahlui.

Figura 4.24. Profil longitudinal de concentraţie CBO5 pentru cele două scenarii (Ianuarie 2007)

Figura 4.25. Profil longitudinal de concentraţie CBO5 pentru cele două scenarii (Octombrie 2007)

33

Figura 4.26. Profil temporal de dinamică a concentraţie CBO5 pentru cele două scenarii (aval localitatea Iaşi)

Figura 4.26. ce redă simularea celor două scenarii, confirmă aceeaşi concluzie privind eficienţa măsurilor de management propuse de scenariile analizate, însă într-un profil temporal de concentraţie CBO5, accentuându-se astfel necesitatea adoptării altor măsuri de management al apelor uzate pentru atingerea obiectivelor WFD (recirculare, de exemplu).

Capitolul 5. Integrarea metodei EIRA în cadrul activităţilor de modelare a interacţiunilor privind calitatea resursei de apă la nivel de bazin hidrografic

5.1. Argumente în sprijinul integrării celor două instrumente MIRA

Analiza rezultatelor obţinute în mod separat din cercetările privind modelarea interacţiunilor resursei de apă în bazinul hidrografic al râului Bahlui şi metoda de evaluare a impactului şi riscului de mediu induse de sursele de poluare punctiformă din bazinul hidrografic Prut, a arătat că rezultatele sunt afectate de o doză de incertitudine. Îmbunătăţirea celor două instrumente de evaluare a stării resurselor de apă depinde aşadar de modalităţile în care aceste incertitudini pot fi controlate prin aplicarea unei abordări diferite a unui instrument de evaluare suplimentar.

Astfel, pornind de la modelul hidrodinamic şi de calitate a apei dezvoltat în cadrul capitolului 4 şi de la metoda de evaluare integrată a impactului de mediu şi riscului asociat (EIRA) îmbunătăţită şi aplicată în capitolul 3 din prezenta teză, în vederea îmbunătăţirii rezultatelor obţinute prin aplicarea celor două instrumente, în acest capitol am realizat un studiu privind cuplarea acestor două tehnici într-un sistem integrat de instrumente ce oferă informaţii privind dinamica în timp şi spaţiu a calităţii apei dar şi impactul de mediu şi riscul asociat, induse de o activitate ce deversează un efluent de apă uzată într-un corp de apă de suprafaţă.

Integrarea celor două instrumente pentru predicţia concentraţiei indicatorului CBO5 dar şi a impactului şi riscului de mediu indus într-un anumit moment, şi în orice secţiune transversală a sistemului simulat, a fost realizată după algoritmnul prezentat în figura 5.1. Perioada urmărită în aceste studii integrative a fost cea a anilor 2004-2007.

Model Hidrodinamic

Model dinamica concentraţiei CBO5

Scenarii Modelare

Dinamica spaţio-temporală a concentraţiei CBO5

UI

EIRA

Impact de mediu

Risc asociat

Figura 5.1. Reprezentarea schematică a strategiei de integrare a celor două tehnici de evaluare a calităţii apei

34

(UI – unitati de importanţă a râului, EIRA – metodologie de evaluare integrată a impactuilui şi riscului de mediu) Datele ce au fost utilizate in metoda EIRA (debit apă uzată - concentraţie CBO5), au fost generate

respectând aceleaşi frontiere ale sistemului, aceleaşi condiţii morfodinamice şi hidraulice, pe baza acelorlaşi ipoteze simplificatoare ca în cercetările de modelare, pe reţeaua schematizată ce simulează râul Bahlui.

5.2. Scenarii privind evoluţia impactului de mediu al regimului CBO5 în bazinul hidrografic al râului Bahlui

Integrarea metodei EIRA în cadrul modelării regimului CBO5 pe râul Bahlui a preupus parcurgerea următoarelor etape metodologice: 1. Definirea unor scenarii privind managementul apelor uzate, ce au vizat evaluarea performanţelor staţiilor de epurare. Astfel, s-a propus analiza a două scenarii simulate in aceleaşi condiţii ca în activităţile de cercetare privind modelarea regimului hidraulic si a dinamicii indicatorului CBO5 în râul Bahlui, în vederea aplicării ulterioare a metodei EIRA pe datele de modelare obţinute ca marimi de ieşire oferite de model. Cele două scenarii propuse vizează următoarele situaţii:

În primul scenariu, s-a simulat situaţia în care staţia de epurare a oraşului Iaşi şi-ar imbunătăţi infrastructura şi ar deversa un efluent de ape uzate cu o concentraţie de CBO5 egală cu valoarea maxim admisă (25 mg/L) de Normativul NTPA 001 - Normativ privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanţi a apelor uzate industriale şi orăşeneşti la evacuarea în receptorii naturali (HG 352/2005) (25 mg/L).

În al doilea scenariu, s-a considerat situaţa în care toti agenţii industriali deversează ape uzate cu concentraţia CBO5 în limita maxim permisă (25 mg/L), pe lângă îmbunătăţirea suferită de staţiile de epurare din scenariul anterior.

2. Modelarea regimului hidraulic si al indicatorului CBO5 a râului Bahlui în contextul celor 2 scenarii, conform abordării din capitolul 4. 3. Introducerea datelor simulate în metoda EIRA.

În cadrul situaţiei de referinţă considerată, s-au luat în calcul cerinţele Directivei Cadru a Apei. După modelul propus de metoda EIRA în capitolul 3, s-a descris un scenariu ipotetic şi ideal prin care un agent poluator oarecare ar deversa un efluent de apă uzată de concentraţie ce atinge valorile pragului de alertă (70% din concentraţia maximă admisă) pentru indicatorul CBO5 şi un debit de apă uzată egal cu debitul maxim permis de legislaţie, deversat într-un tronson de râu situat în clasa II de calitate (conform WFD).

În Figura 5.2. este redată grafic variaţia impactului de mediu în funcţie de datele modelate în programul Sobek, pe perioada de simulare 2004-2007 (considerată ca referinţă în evaluarea scenariilor propuse). Se poate observa că în toate cele 4 locaţii studiate, variaţiile impactului de mediu sunt strâns corelate cu variaţiilor de debit ce insoţesc valorile concentraţiei CBO5 modelate deja, concentraţii mult peste limita maxim permisă.

Existenţa unei referinţe pentru care s-a studiat variaţia impactului şi riscului de mediu a făcut posibilă comparaţia ulterioară a situaţiei actuale a calităţii apei râului Bahlui cu cele două scenarii propuse, în ceea ce priveşte dinamica impactului de mediu şi riscului de mediu.

35

0

50

100

150

200

250

conc

entra

tia C

BO

5 m

odel

ata,

mg/

L Im

pact

de

med

iu

0

2

4

6

8

10

12

14

Qm

odel

at, m

3 /s

Statia de epurare Harlau

0

50

100

150

200

250

conc

entra

tia C

BO

5 m

odel

ata,

mg/

L Im

pact

de

med

iu

0

1

2

3

4

5

6

7

Q m

odel

at, m

3 /s

Statia de epurare Podu Iloaiei

0

20

40

60

80

100

conc

entra

tia C

BO

5 m

odel

ata,

mg/

L Im

pact

de

med

iu

0

2

4

6

8

10

12

14

Q m

odel

at, m

3 /s

Statia de epurare Iasi

2004 2005 2006 2007

Figura 5.2. Variaţia impactului de mediu funcţie de datele modelate in programul Sobek pe perioada de simulare 2004-2007 (situaţia curentă)

5

.2.1. Scenariul 1 – Îmbunătăţirea calităţii efluenţilor staţiilor de epurare Figura 5.3. redă grafic variaţia în timp, a impacturilor de mediu induse de staţiile de epurare, pentru

scenariul propus în funcţie de datele modelate in programul Sobek, pentru perioada de simulare 2004-2007. Se observă foarte uşoare scăderi ale valorilor impactului de mediu calculate pentru scenariul propus faţă de cele ale situaţiei actuale (în special în staţia de epurare Iaşi).

Ca şi în cazul studiului de modelare a concentratiei CBO5, se poate confirma concluzia referitoare la faptul că în situaţia curentă, principalii poluatori sunt staţiile de epurare municipale ce conduc la o creştere a concentraţiei CBO5 a râului Bahlui, ce intră în clasele IV - V de calitate a apei potrivit clasificării propuse de WFD.

Pe baza observaţiilor referitoare la implicaţiile pe care le au magnitudinea, gravitatea şi starea calitativă a corpului de apă receptor în cuantificarea impactului de mediu şi implicit a riscului asociat ( pretentate în capitolul 3), apare necesitatea inserării în scenariile ce propun măsuri de îmbunătăţire a calităţii râului Bahlui, a factorilor ce intervin în cuantificarea dimensiunilor impactului de mediu (şi ulterior ale riscului asociat).

36

Din varianta preliminară a Scenariului 1 (ce raportează debitele efluenţilor de apă uzată deversaţi la debitul maxim permis şi la clasa de calitate existentă în râu preluată de la Administraţia Bazinală de Apă Prut) ca şi din modelarea uni-dimensională a regimului hidraulic şi a dinamicii indicatorului CBO5 pentru râul Bahlui, a reieşit că principalii poluatori ai râului sunt staţiile de epurare municipale şi că îmbunătăţirea calităţii efluenţilor acestora nu ar aduce imediat resursa de apă în clasa de calitate II. Totuşi se constată că aplicând metoda EIRA pe date modelate în timp şi spaţiu de fapt ar fi posibilă simularea unei situaţii ideale ce ar conduce la acest deziderat, chiar şi în contextul în care restul surselor de poluare ar continua să deverseze ape uzate la fel de puternic poluate.

0

5

10

15

20

25

conc

entra

tia C

BO

5 m

odel

ata,

mg/

L Im

pact

de

med

iu

0

2

4

6

8

10

12

14

Q m

odel

at, m

3 /s


2004 2005 2006 2007

0

50

100

150

200

250

conc

entra

tia C

BO

5 m

odel

ata,

mg/

L Im

pact

de

med

iu

0

1

2

3

4

5

6

7

Q m

odel

at, m

3 /s


0

50

100

150

200

250

conc

entra

tia C

BO

5 m

odel

ata,

mg/

L Im

pact

de

med

iu

0

2

4

6

8

10

12

14

Qm

odel

at, m

3 /s


Figura 5.3. Variaţia impactului de mediu pe râul Bahlui - Scenariul 1 (după metoda de calcul studiată în capitolul 3)

5.2.2. Scenariul 2 – Conectarea la reţeaua centralizată de canalizare/ îmbunătăţirea calităţii efluenţilor tuturor surselor de poluare punctiformă

Figura 5.4. redă grafic variaţia în timp a impacturilor de mediu induse de sursele de poluare semnificative (staţiile de epurare Hârlău, Podu Iloaiei şi Iaşi şi industria de vinificaţie SC Cotnari SA), în contextul acestui scenariu, în funcţie de datele modelate pe perioada de simulare a anilor 2004-2007. Din analiza figurii se observă ca şi în cazul scenariului 1, foarte uşoare scăderi ale valorilor impactului de mediu calculate pentru scenariul propus faţă de cele ale situaţiei actuale (în special în staţia de epurare

37

Iaşi). Din analiza figurii se observă, ca şi în cazul scenariului 1, foarte uşoare scăderi ale valorilor impactului de mediu calculat pentru scenariul propus faţă de cel ale situaţiei actuale (în special în staţia de epurare Iaşi).

0

5

10

15

20

25

30

conc

entra

tia C

BO

5 m

odel

ata,

mg/

L Im

pact

de

med

iu

0

2

4

6

8

10

12

14

Q m

odel

at, m

3 /s


2004 2005 2006 2007

0

50

100

150

200

250

conc

entra

tia C

BO

5 m

odel

ata,

mg/

L Im

pact

de

med

iu

0

1

2

3

4

5

6

7

Q m

odel

at, m

3 /s


0

50

100

150

200

250

300

350

0 200 400 600 800 1000 1200 1400conc

entra

tie C

BO

5 m

odel

ata,

mg/

L Im

pact

de

med

iu

0

5

10

15

Q m

odel

at, m

3 /s

2004 2005 2006 2007

SC Cotnari SA

0

50

100

150

200

250co

ncen

tratia

CB

O5

mod

elat

a, m

g/L

Impa

ct d

e m

ediu

0

2

4

6

8

10

12

14

Qm

odel

at, m

3 /s

Statia de epurareHarlau

Figura 5.4. Variaţia impactului de mediu pe râul Bahlui - Scenariul 2 (după metoda de calcul studiată în capitolul 3)

38

5.2.3. Variante de abordare a metodei EIRA pe baza modelărilor în programul Sobek

Deoarece aplicarea metodei EIRA în forma clasică studiată în cadrul capitolului 3 nu a condus la îmbunătăţiri substanţiale privind impacturile de mediu induse de sursele de poluare asupra râului Prut, a apărut necesitatea modificării metodologiei şi a corelării modului de abordare a metodei EIRA cu starea calitativă modelată a râului (aducând modificări astfel în alocarea unitaţii de importanţă a unui segment de râu) şi cu specificul scenariului.

Astfel, fiecare din cele două scenarii a fost analizat în mod aprofundat pe 2 variante de abordare a metodei ce presupun contexte ipotetice diferite, cu privire la debitul apei (Qpermis, Qrâu) şi clasa de calitate existentă pe râul Bahlui (în conformitate cu Qrâu modelat însoţit de clasa de calitate aferentă conform WFD a râului receptor), de aplicare a datelor modelate în programul Sobek, după cum este redat de ecuaţiile (5.1.-5.3.). Dacă formula discutată în capitolul 3 considera unitatea de importanţă a râului receptor ca o măsură de intrare preluată din datele monitorizate, precum în ecuaţia (5.1.):

5. .

monitorizat

CBOpoluatora u

permis

CQIM UIQ CMA

= × × (5.1.)

noua abordare corelează starea calitatovă a râului funcţie de dinamica rezultată din modelare, pe baza utilizatorilor apei din amonte, acordând unitatea de importanţă unui râu receptor, funcţie de datele de calitate modelate de pe râu, ca in ecuaţiile (5.2.-5.3.):

5. .

modelat

CBOpoluatora u

permis

CQIM UIQ CMA

= × × (5.2.)

5

. .modelat

CBOpoluatora u

râu

CQIM UIQ CMA

= × × (5.3.)

făcându-se deasemenea apel şi la raportarea debitului de apă uzată deversat de poluator şi la debitul modelat pe râu, pe de o parte şi la debitul maxim permis, pe de altă parte. unde: Qa.u. - debit efluent de apă uzată deversat de un poluator, m3/s Qpermis - debit maxim permis, reglementat prin OUG 161/2006, m3/s Qrâu - debit măsurat pe râu, monitorizat în cadrul Administraţiei Bazinale de Apă Prut, m3/s

5CBOpoluatorC - concentraţia CBO5 într-un efluent de apă uzată deversat de un poluator, mg/L

CMA - concentraţia maxim admisă pentru indicatorul CBO5 (25 mg/L), într-un efluent de apă uzată, reglementată de Normativul NTPA 001 - Normativ privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanţi a apelor uzate industriale şi orăşeneşti la evacuarea în receptorii naturali (HG 352/2005) UImodelat - unitatea de importanţă atribuită corpului de apă receptor din datele de calitate modelate, în conformitate cu clasificarea WFD, (-) UImonitorizat - unitatea de importanţă atribuită corpului de apă receptor din clasificarea realizată de Administraţia Bazinală de Apă Prut, în conformitate cu WFD (-)

În urma rulării celor două scenarii propuse, in ambele variante de calcul, calitatea râului a rezultat că se încadrează în clasa de calitate III (calitate moderată), atribuindu-se unitatea de importanţă 0,6, faţă de situaţia de referintă în care aceasta se încadra în clasa IV-V (proastă, foarte proastă), cu unitatea de importanţă 0,8, respectiv 1.

În continuare sunt redate grafic rezultatele evaluării integrate a impactului de mediu pe baza valorilor de debit şi concentraţie CBO5 modelate cu programul Sobek din cele două perspective ale Scenariului 1 privind debitele de apă uzată la deversare. Diferenţele dintre rezultatele aplicării metodei EIRA pe datele simulate in acelaşi scenariu privind concentraţia indicatorului CBO5 (Scenariul 1) dar în 2 contexte diferite de debit (Qpermis şi Qrâu) constată faptul că simulările ce consideră debitele de efluenţi ai

39

staţiilor de epurare în limitele permise de legislaţie, respectiv în limitele debitului tronsonului de râu aferent, conduc la date de ieşire asemănătoare, şi implicit la valori ale impactului de mediu aproape identice.

Analizând Figura 5.5. se pot observa uşoare diferenţe între metoda de abordare anterioară şi cea propusă prin aceste 2 variante de calcul EIRA ale scenariului conform căruia implementarea unui plan de măsuri de îmbunătăţire a infrastructurii staţiilor de epurare, ar conduce la o situaţie ipotetică în care toate staţiile de epurare municipale de-a lungul râului Bahlui ar deversa efluenţi de apă epurată în limita permisă de 25 mg/L (CMA), în timp ce restul surselor de poluare ar continua să deverseze ape uzate la fel de puternic poluate.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Impa

ct d

e m

ediu

Qrau modelatQpermisformula clasicaWFD


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Impa

ct d

e m

ediu



0

2

4

6

8

10

12

14

16

Impa

ct d

e m

ediu



2004 2005 2006 2007

Figura 5.5. Variaţia impacturilor de mediu induse pe râul Bahlui de staţiile de epurare în cazul Scenariului 1 (cu cele două variante de calcul)

Se constată faptul că doar prin metoda de calcul ce raportează debitul de apă uzată deversat la debitul modelat al râului, se obţin valori ale impacturilor de mediu semnificative, ce depăşesc referinţa conformă cu WFD. Acest lucru confirmă observaţiile din cadrul modelării regimului CBO5 din capitolul 4 şi se explică pe baza debitelor de apă uzată deversate de staţia de epurare Iaşi ce depăşesc mult debitul râului din tronsonul de râu aferent.

40

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Impa

ct d

e m

ediu

Q rau modelatQpermisformula clasicaWFD


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Impa

ct d

e m

ediu



0

0.5

1

1.5

2

Impa

ct d

e m

ediu


SC Cotnari SA

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Impa

ct d

e m

ediu



2004 2005 2006 2007

Figura 5.6. Variaţia impacturilor de mediu induse pe râul Bahlui de staţiile de epurare în cazul Scenariului 2 (cu cele două variante de calcul)

In aceste grafice sunt prezentate impacturile momentane obţinute în urma implementării metodologiei integrate EIRA – WQ, considerând cele 2 scenarii. - Pentru Scenariul 1, când se modernizează staţiile de epurare municipale, se poate observă faptul că modificarea metodologică corelează valorile impactului cu cele obţinute prin modelare, valorile acestora fiind mult mai mari decât cele obţinute calculând magnitudinea prin referire la debitul maxim autorizat.

41

- Pentru scenariul 2, când se modernizează şi staţiile de epurare industriale, se poate observa că aceasta conduce la o scădere semnificativă a impacturilor generate, aceastea incadrându-se în general în valorile de referinţă. 5.2.4. Evaluarea integrată a dinamicii impactului şi riscului de mediu în contextul scenariului privind îmbunătăţirea calităţii efluenţilor tuturor surselor de poluare punctiformă (scenariul 2)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

i f m a m i i a s o n d i f m a m i i a s o n d i f m a m i i a s o n d i f m a m i i a s o n d

Impa

ct d

e m

ediu

IM

RM

WFD


0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3


Impa

ct d

e m

ediu

Statia de epurare Podu iloaiei

0

0.5

1

1.5

2

2.5


Impa

ct d

e m

ediu

SC Cotnari SA

0

2

4

6

8

10

12


Impa

ct d

e m

ediu


Figura 5.7. Evaluarea integrată a impactului şi riscului de mediu în contextul simulării Scenariului 2

(imbunătăţirea calităţii efluenţilor atât staţiilor de epurare municipale cât şi industriale)

42

După cum se poate observa în Figura 5.7., în cazul staţiilor de epurare Hârlău şi Podu Iloaiei valorile medii ale impacturilor de mediu şi riscurilor asociate, induse asupra râului Prut nu depăşesc limita conformă cu WFD. Pe de altă parte se observă că în cazul staţiei de epurare Iaşi şi a industriei de vinificaţie SC Cotnari SA există episoade de impact şi risc de mediu semnificative (în special în cazul staţiei de epurare Iaşi).

Acest fapt se explică pe baza condiţiilor impuse de Scenariul 2 (ce consideră îmbunătăţirea calităţii efluenţilor staţiilor de epurare municipale şi industriale de pe întreg parcursul râului Bahlui, în aşa fel încât să producă efluenţi de apă uzată cu un conţinut de CBO5 în limitele legale). Prin urmare, nedepăşiri de debit şi de concentraţie faţă de limitele impuse (probabilitate egală cu 0) nu induc risc de mediu. Însă, în timpul modelărilor pe perioada evaluată, au fost sesizate probabilităţi de depăşire a acestor valori, depăşiri care în cadrul evaluărilor anterioare au indus valori semnificative ale impactului de mediu (de ex. în episoadele hidrologice extreme unde, s-au contatat valori ale impactului de mediu mari datorat atât debitului mărit dar şi datorită aportului crescut de aluviuni transportate la viitură şi tradus totodată prin conţinut crescut de CBO5).

Concluzii generale

Obiectivul acestei teze de doctorat a constat în studiul posibilităţilor de dezvoltare şi integrare a instrumentelor suport pentru îmbunătăţirea managementului resurselor de apă la nivel de bazin hidrografic.

Obiectivele specifice ce au rezultat din obiectivul central au fost: 1. Analiza critică a interacţiunilor dintre utilizatori şi starea resurselor de apă la nivel de bazin hidrografic considerând obiectivele privind calitatea corpurilor de apă impuse de WFD; 2. Dezvoltarea unei metodologii integrate de cuantificare a impacturilor şi riscurilor de mediu induse asupra resurselor de apă de suprafaţă; 3. Dezvoltatreea unei aplicaţii de modelare a calităţii apei de suprafaţă pentru studiul opţiunilor de management durabil al apelor uzate; 4. Studiul posibilităţilor de integrare a celor două instrumente într-un sistem suport aplicabil la nivel de bazin hidrografic;

În partea dedicată studiului de literatură s-a realizat o analiză critică a principalilor poluatori şi a influenţei acestora asupra resurselor de apă de suprafaţă ca şi a consumatori lor de apă, şi totodată, a particularităţilor bazinului hidrografic Prut, cu principalele probleme de management al resurselor de apă caracteristice. Astfel, aceste probleme au fost clasificate ca: (1) probleme de infrastructură (ineficientă sau inexistentă mai ales în zonele rurale) şi (2) probleme de management între părţile interesate/implicate (stakeholders) în sistemul MIRA, părţi care se confruntă cu dificultăţi de cooperare/colaborare, cu reguli diferite după care funţionează. Există aşadar o necesitate acută de instrumente suport tehnice şi de management pentru sistemul MIRA şi posibilităţile de implementare a acestora la nivel de bazin hidrografic sunt multiple, ele depinzând în mare măsură de capacitatea instituţională existentă în rândul părţilor interesate în procesul MIRA.

În bazinul hidrografic Prut s-au identificat 102 surse de poluare punctiformă, care au fost clasificate pe tipuri de activităţi şi pe infrastructura de epurare aferentă, şi pentru care s-au colectat date de calitate şi de utilizare a apei pe perioada anilor 2004-2007 avându-se în vedere 5 indicatori de calitate:

• Consumul biochimic de oxigen, CBO5; • Consumul chimic de oxigen, CCO-Cr; • Materii totale in suspensie, MTS; • Amoniu, NH4

+; • Detergenţi.

43

Partea originală a acestei teze de doctorat constă în atingerea celor 4 obiective propuse. Prima direcţie de cercetare a fost evaluarea integrată a impactului şi riscului de mediu (EIRA) a surselor de poluare punctiformă cu identificarea principalelor puncte critice la nivelul bazinului hidrografic.

În bazinul hidrografc Prut, s-a aplicat metodologia EIRA pentru agenţii poluatori din 4 judeţe indus asupra secţiunilor de râu aferente fiecărui judeţ (judeţul Botoşani - situat în amonte, judeţele Iaşi şi Vaslui - situate în zona medie a râului Prut şi judeţul Galaţi - situat în aval). Principala concluzie a studiilor de impact şi risc realizate pentru fiecare judeţ este că majoritatea poluatorilor/consumatorilor resurselor de apă de suprafaţă prezintă valori ale impactului de mediu asociate mediu degradat din punct de vedere a calităţii apei. În ceea ce priveste metodologia aplicată, evaluarea integrată a impactului şi riscului de mediu s-a realizat intr-un mod original, pe baza concentraţiilor medii anuale ale poluantilor, a debitului mediu anual de apa uzata deversat si totodata a clasei de calitate a tronsonului de rau aferent fiecarui agent poluator. Cercetările privind metoda EIRA asupra factorului de mediu apă de suprafaţă s-au realizat la nivelul anilor 2004 - 2007, considerandu-se cinci indicatori de calitate semnificativi (CBO5, CO-Cr, MTS, NH4

+ şi detergenţi), monitorizaţi la 102 surse de poluare punctiforme din bazinul hidrografic Prut, cu o valoare medie anuală a valorilor concentraţiilor indicatorilor de calitate avuţi în vedere.

Pentru prima data s-a considerat ca situatie de referinta un scenariu ipotetic ce raspunde cerintelor Directivei Cadru a Apei (un agent poluator oarecare care deverseaza un efluent de apa uzata cu un debit egal cu debitul maxim permis de legislatie (OUG 161/2006), cu concentraţii ale poluanţilor ce ating valorile pragului de alertă (70% din CMA) pentru poluanţii consideraţi, într-un sector de râu situat ân clasa de calitate II). S-a obţinut astfel o valoare de referinţă impactului de mediu şi riscului asociat care s-au putut raporta rezultatele obţinute în urma aplicării metodei integrate de evaluare a impactului de mediu. S-au semnalat numeroase surse de poluare pentru care o depăşire a concentraţiei unui indicator, însoţitpa de un debit în limita maxim permisă la deversare, a indus o valoare a impactului de mediu ce nu a depăşit în mod obligatoriu valoarea de referinţă impusă. S-au mai remarcat surse de poluare ce au obţinut valori ale impactului de mediu ce depăşesc valoarea de referinţă datorită unor valori ale magnitudinii şi gravităţii peste valorile de referinţă. În aceste cazuri vulnerabilitatea corpurilor de apă din vecinatatea surselor de poluare respective, a condus la valori ale impactului de mediu foarte mari.

Aceste exemplificări ale aplicării metodei în situaţii extreme în ceea ce priveşte diferitele condiţii specifice (realiste) care se observă la deversarea unui efluent de apă uzată într-un corp de apă subliniază importanţa includerii în cadrul evaluării impactului de mediu, şi a gradului de poluare a componentei de mediu receptoare, dar şi a decalajului faţă de referinţa stabilită în ceea ce priveşte debitul de apă uzată deversat (magnitudine). Prezenta metodă de evaluare a impactului reuşeşte sa surprindă tipicul algortimului de calcul al impactului de mediu şi riscului asociat pentru aceste situaţii particulare conducând la premise de integrare a acestui instrument în cadrul măsurilor de alocare a resurselor naturale de apă în funcţie de gradul de diluţie necesar unui tronson de râu pentru a se conserva/îmbunătăţi clasa de calitate.

În aceste studii se iau în discuţie pentru prima dată la calculul valorii impactului de mediu 3 direcţii diferite de reprezentare a decalajului faţă de referinţa stabilită, în ceea ce priveste calitatea resursei de apă (gravitatea, magnitudinea şi importanţa), contribuind astfel la redarea unei imagini mult mai realiste a stării mediului (resursa de apă de suprafaţă) spre deosebire de metodele tradiţionale de evaluare a impactului care nu consideră istoricul calităţii apei receptorului natural şi nu integrează aspectele cantitative cu cele calitative. Astfel, este subliniată posibilitatea integrarii metodei EIRA in sistemele suport decizionale pentru prioritizarea masurilor cu privire la managementul resurselor de apa.

Procedura EIRA de integrare a principiului de evaluare a riscului în procedura de evaluare a impactului asupra mediului elimina incertitudinile ce pot apărea de-a lungul procesului de EIM. In urma cuantificarii impactului de mediu indus de o activitate asupra resursei de apa, metoda oferă si posibilitatea corelarii impactului cu frecventa/probabilitatea asociata evenimentelor de depasire a normelor impuse in

44

ceea ce priveste concentratia unui poluant, conferind o imagine mai ampla a starii mediului extinsa spre dimeniusnile riscului de mediu.

Un alt obiectiv specific propus în prezenta teză a vizat dezvoltarea unei aplicaţii de modelare a

regimului hidraulic şi al dinamicii indicatoului de calitate CBO5 pentru râul Bahlui. Contribuţia originală adusă de acest capitol a constat în primul rând în construirea modelului de

simulare calităţii apei râului Bahlui cu ajutorul programului software Sobek care cuplează modulul numeric uni-dimensional de modelare (1DFlow) cu modulul uni-dimensional de calitate a apei (1DWAQ) ce permite modelarea dinamicii indicatorului CBO5. Modelul utilizează un (sub)model hidrodinamic al sistemului analizat ce furnizează date (sub)modelului de calitate a apei pentru simularea dinamicii indicatorului de calitate CBO5 în timp şi spaţiu. În sistemul analizat, (râul Bahlui) un instrument de modelare este un deziderat în suportul managementului resurselor de apă, neexistând nici un model de calitate a apei încă definitivat pe râul studiat.

Modelul reproduce cu o acurateţe bună şirul de debite măsurate chiar şi în condiţii hidrologice diferite şi destul de bine regimul indicatorului de calitate a apei CBO5. Modelul de calitate a fost influenţat de o serie de factori: 1) Complexitatea fenomenelor fizico-chimice concurente ce afectează regimul CBO5 din râu 2) Incertitudini generate de disponibilitatea datelor

Pentru prima dată s-a simulat contribuţia pe care o au sursele punctiforme de poluare ce deversează ape uzate în râul Bahlui, la poluarea globală a sistemului studiat în ceea ce priveşte indicatorul de calitate CBO5 considerând scenarii variate de management al apei, ce au în vedere Directiva Cadru a Apei. Un scenariu a propus simularea situaţiei ipotetice în care staţia de epurare a oraşului Iaşi ar deversa un efluent de ape uzate cu o concentraţie constantă de CBO5 egală cu valoarea maximă admisă (25 mg/L) de Normativul NTPA 001 (HG 352/2005). Acest scenariu a fost rulat în condiţiile unui an ploios (2005) şi ale unui an secetos (2007). Al doilea scenariu tratează situaţia în care atât staţiile de epurare municipale cât şi cele industriale, ce deversează ape uzate în râul Bahlui, şi-ar îmbunătăţi calitatea efluentului. Desi modelul de calitate se bazează pe o serie de ipoteze simplificatoare, rezultatele au arătat faptul că modelul poate fi dezvoltat ulterior, cel puţin în două direcţii: (1) extinderea sistemului modelat pe toate cursurile de apă din bazinul hidrografic Prut şi (2) dezvoltarea modelului către alte clase de poluanţi (CCO-Cr, metale, grele, poluanţi organici prioritari, etc).

S-au simulat o serie de opţiuni de operare şi s-a concluzionat faptul că îmbunătăţirea calităţii efluenţilor staţiilor de epurare nu reprezintă o măsură suficientă pentru asigurarea calităţii apei invocată de obiectivele Directivei Cadru a Apei, datorită debitelor mult mai mari de ape uzate pe care staţiile de epurare le deversează comparativ cu debitele râului. Aşadar, măsurile de îmbunătăţire a calităţii apei râului Bahlui ale autorităţilor de management ar trebui îndreptate în direcţia corelării acestor debite de deversare cu cele măsurate pe rău şi a creării de posibilităţi de reutilizare a surplusului de apa, aşadar, spre modurile de alocare a resursei de apa. Modelul de calitate a râului Bahlui a servit drept baza de plecare pentru integrarea cu alt instrument specific MIRA, evaluarea integrata a impactului şi riscului de mediu (EIRA).

A treia direcţie de cercetare ce conferă originalitate prezentei teze a constat în studiul posibilităţilor

de integrare a metodei EIRA în cadrul activităţilor de modelare a regimului hidraulic şi a calităţii apei. Prin integrarea celor două instrumente privind calitatea resursei de apă la nivel de sub-bazin hidrografic s-au confirmat o serie de observaţii apărute şi in cadrul celor două metode tratate în mod separat şi anume: faptul că, în situaţia curentă, principalii poluatori sunt staţiile de epurare municipale ce conduc la o creştere a concentraţiei CBO5 şi respectiv la încadrarea apei în clasele IV - V de calitate potrivit clasificării propuse de WFD, dar şi aspecte care nu au fost sesizate din cercetările ce tratează în mod separat cele două instrumente de analiză. Integrând cele două instrumente suport (EIRA şi modelare) s-au putut studia în timp şi spaţiu cauzele ce conduc la valori semnificative ale impactului de mediu. De remarcat este faptul că aplicând metoda integrată de evaluare a impactului şi riscului de mediu sunt

45

detectate dimensiunile spaţiale şi temporale ale situaţiilor când nu există risc de mediu în contextul simulării unui scenariu în programul Sobek, ce impune valori in limitele maxim admise de legislaţie, aspect ce contribuie la prioritizarea locaţiilor din punct de vedere al vulnerabilităţii la impact de mediu cu sau fără risc asociat. Metoda EIRA aplicată pe datele modelate, oferă o imagine mult mai amplă asupra dimensiunilor impactului de mediu, sesizând punctele sensibile ale unui plan de măsuri (corelaţiile dintre debitul deversat, cel al râului şi clasa de calitate a sectorului de râu din vecinătatea sursei de poluare, si implicaţiile acestor aspecte asupra evoluţiei în timp şi spaţiu a impactului de mediu).

Bibliografie

Comisia Europeana, Directiva Cadru a Apei (EC Water Framework Directive), 2000. GWP, (2000), Integrated Water Resources Management, Global Water Partnership. Plan de management al Directei de Apa Prut, 2008. Ordonanţa de urgenţă 161 din 2006 privind clasificarea calităţii apelor de suprafaţă Hotărâre nr. 352 din 21 aprilie 2005 privind modificarea şi completarea Hotărârii Guvernului nr. 188/2002 pentru

aprobarea unor norme privind condiţiile de descărcare în mediul acvatic a apelor uzate Bârjoveanu G., Cojocariu C., Robu B., Teodosiu C., (2010) Integrated assessment of wastewater treatment plants for

sustainable river basin management, Environmental Engineering and Management Journal, 9(9), 1251-1258. Bârjoveanu G., Cojocariu C., Augustijn D.C.M., Crăciun I., Teodosiu C., (2011), BOD modeling and evaluation of

wastewater management options - A case study for the Bahlui River, Romania, Ecollogical Modeling, (în curs de evaluare).

Chapra S. şi Whitehead P.G., (2009), Modelling impacts of pollution in river systems: a new dispersion model and a case study of mine discharges in the Abrud, Aries and Mures River System in Transylvania, Romania. Hydrol. Res. 40 (2–3), 306-322.

Cojocariu C., Lupu L., Teodosiu C., Ene S.A., Musteret C.P., (2009), Institutional capacities assessement for cooperation on the Prut river basin management Romania (poster), ICEEM 05, September 15-18, 2009, Tulcea, România.

Cojocariu C., Robu, Bârjoveanu G. Caraene I., Teodosiu C., (2010), Environmental assessment of the priority organic pollutants pollution in the Prut river basin, Romania (poster), International Conference on Environmental Legislation, Safety Engineering and Disaster Management, 21-23 Octombrie 2010, Facultatea de Stiinţa şi Ingineria Mediului, Universitatea Babeş-Bolyai din Cluj, România.

Cojocariu C., Robu B., Bârjoveanu G., Teodosiu C., (2011a), Environmental assessment of pollution with detergents in the Prut River Basin, Romania, AES Bioflux 3(2), 129-139.

Cojocariu C., Bârjoveanu G., Robu B., Teodosiu C., Integrated environmental impact and risk assessment of agricultural and related industries in the Prut river basin, Romania (poster), (2011b), 1st Danube – Black Sea Young Water Professionals Conference, June 14-15, Bucureşti, Romania.

Cox B.A., (2003a), A review of currently available in-stream water-quality models and their applicability for simulating dissolved oxygen in lowland rivers, Science of the Total Environment, 314 – 316, 335–377.

Cox B.A., (2003b), A review of dissolved oxygen modelling techniques for lowland rivers, Science of the Total Environment, 314 – 316, 303–334.

Deltares, (2010), Sobek 2.12.002 - Water Quality Technical Reference Manual, Delft. Robu B., (2005), Evaluarea impactului si a riscului induse asupra mediului de activitatile agricole, Editura Ecozone,

Iaşi. Robu B. şi Macoveanu M., (2010), Evaluări de mediu pentru dezvoltarea durabilă, Editura EcoZone, Iasi. Teodosiu C., Ardeleanu C., Lupu L., (2009a), An Overview of Decision Support Systems for Integrated Water

Resources Management, Environmental Engineering and Management Journal, 8, 153-162. Teodosiu C., Cojocariu C., Musteret C.P., Dascalescu I.G., Caraene I., (2009b), Assessment of Human and Natural

Impacts over Water Qualityin the Prut River Basin, Romania, Environmental Engineering and Management Journal, 8, 1439-1450.

46

Teodosiu C., Bârjoveanu G., Ene. S.A., Cojocariu C., Robu B., (2011) Integrated Water Resources Management: Support Tools for Implementation in Romania, prezentată în cadrul 1st International Conference on “Sustainable Watershed Management (SuWaMa)”, 19-22 Septembrie 2011, Istanbul, Turcia.

Van De Wiel M.J., Coulthard T.J., Macklin M.G., Lewin J., (2011), Modelling the response of river systems to environmental change: Progress, problems and prospects for palaeo-environmental reconstructions, Earth-Science Reviews, 104, 167–185. Activitatea ştiinţifică privind subiectul tezei de doctorat: Lucrări publicate în reviste ştiinţifice de specialitate

1. G. Bârjoveanu, C. Cojocariu, D. Augustijn, I. Craciun, C. Teodosiu, (2011), BOD modeling and evaluation of wastewater management options - A case study for the Bahlui River, Romania, Ecollogical Modeling, (under review). 2. C. Cojocariu, B. Robu, G. Bârjoveanu, I. Caraene, C. Teodosiu, (2011), Environmental assessment of the priority organic pollutants pollution in the Prut river basin, Romania, Advances in Environmental Sciences Bioflux, 3(2):129-139. 3. G. Bârjoveanu, C. Cojocariu, B. Robu, C. Teodosiu, (2010), Integrated assessment of wastewater treatment plants for sustainable river basin management, Environmental Engineering and Management Journal, 9(9): 1251-1258. 4. C. Teodosiu, C. Cojocariu, C. P. Musteret, I. G. Dascalescu, I. Caraene, (2009), Assessment of human and natural impacts over water quality in the Prut river basin, Romania, Environmental Engineering and Management Journal, 8(4): 1439-1450. 5. C. Cojocariu, I. Caraene, G. Bârjoveanu, C. Teodosiu, (2009), Assessment of water quality evolution in the Prut-Barlad river basin, Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, Tomul LV (LIX), Fasc. 4, Sectia Chimie şi Inginerie Chimică, (CNCSIS B+), 219-228.

Lucrări prezentate în cadrul unor manifestări ştiinţifice naţionale/internaţionale Postere:

1. C. Cojocariu, G. Bârjoveanu, B. Robu, C. Teodosiu, (2011), Integrated environmental impact and risk assessment of agricultural and related industries in the Prut river basin, Romania, 1st Danube – Black Sea Young Water Professionals Conference (IWA), 14-15 Iunie 2011, Bucureşti, România. 2. C. Cojocariu, B. Robu, G. Bârjoveanu, I. Caraene, C. Teodosiu, Environmental assessment of the priority organic pollutants pollution in the Prut river basin, Romania, International Conference on Environmental Legislation, Safety Engineering and Disaster Management, 21- 23 Octombrie 2010, Facultatea de Ştiinţa şi Ingineria Mediului, Universitatea Babes-Bolyai, Cluj, România. 3. C. Cojocariu, B. Robu, F. Ungureanu, C. Teodosiu, Monitorizarea calităţii apei şi probleme de implementare în bazinul hidrografic Prut, Zilele Facultăţii de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului 07, 17-19 Noiembrie 2010, Iaşi, România. 4. C. Teodosiu, C. Cojocariu, C. P. Musteret, I. G. Dascalescu, I. Caraene, Assessment of human and natural impacts over water quality in the Prut river basin, Romania, International Conference on Environmental Engineering and Management 05, 15-18 Septembrie 2009, Tulcea România. 5. C. Cojocariu, L. Lupu, C. Teodosiu, S.A. Ene, C.P. Musteret, (2009), Institutional capacities assessement for cooperation on the Prut river basin management Romania, International Conference Environmental Engineering and Management 05, 15-18 Septembrie 2009, Tulcea, România.

http://www.tuiasi.ro/users/110/Bul_IPI_2009_4.pdf

http://www.tuiasi.ro/users/110/Bul_IPI_2009_4.pdf

47

Comunicări orale:

1. Cojocariu C., Caraene I., Bârjoveanu G., Teodosiu C., Assessment of water quality evolution in the Prut-Bârlad river basin, Zilele Facultăţii de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului 06, 18-20 Septembrie 2009, Iaşi, România. 2.Cojocariu C., Apreutesei R. E., Catrinescu C., Teodosiu C., Studies on activated carbon adsorbtion of reactive dyes from wastewater, Zilele Facultăţii de Inginerie Chimică şi Protecţia Mediului 05, 19-21 Noiembrie 2008, Iaşi, România.

MODELAREA INTERACŢIUNILOR ŞI DEZVOLTAREA …

Documents

Transcript of MODELAREA INTERACŢIUNILOR ŞI DEZVOLTAREA …